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Hintergrund der Erfindung
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I. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kommunikationssysteme, insbesondere
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorsehen eines Kommunikationsabdeckbereichs über ein
Kommunikationssystem hinweg.
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II. Beschreibung des verwandten
Standes der Technik
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In
einem CDMA-Mobiltelefon (CDMA – code division
multiple access), einer drahtlosen Teilnehmeranschlussleitung (local
loop) oder einem personenbezogenen Kommunikationssystem wird ein
gemeinsames Frequenzband zur Kommunikation mit allen Basisstationen
in einem System verwendet. Das gemeinsame Frequenzband ermöglicht eine
simultane Kommunikation zwischen einer entfernten Einheit und mehr
als einer Basisstation. Signale, die das gemeinsame Frequenzband
in Besitz nehmen, werden an der Empfangsstation durch die Eigenschaften
der Spreiz-Spektrum-(Spread-Spectrum)-CDMA-Wellenform
auf Grundlage der Verwendung eines schnellen Pseudo-Rausch(PN – pseudonoise)-Codes
diskriminiert. Der schnelle PN-Code wird
verwendet, um Signale, die sowohl von den Basisstationen als auch
den entfernten Einheiten übertragen
werden, zu modulieren. Sendestationen, die andere PN-Codes oder
PN-Codes verwenden, die in der Zeit versetzt sind, erzeugen Signale,
die getrennt voneinander an der Empfangsstation empfangen werden
können.
Die schnelle PN-Modulation ermöglicht
auch, dass die Empfangsstation mehrere Instanzen eines gemeinsamen
Signals von einer einzelnen Sendestation empfangen kann, wenn sich
das Signal über
mehrere unterschiedliche Übertragungswege aufgrund
der Mehrwegcharakteristiken des Funkkanals oder vorsätzlich eingeführter Diversität (diversity)
bewegt.
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Die
Mehrwegcharakteristiken des Funkkanals erzeugen Mehrwegsignale,
die sich über
mehrere unterschiedliche Übertragungswege
zwischen der Sende station und der Empfangsstation bewegen. Eine
Charakteristik eines Mehrwegkanals ist die Zeitspreizung, die in
ein Signal eingeführt
wird, das über
den Kanal übertragen
wird. Wenn zum Beispiel ein idealer Impuls bzw. Puls über einen
Mehrwegkanal übertragen
wird, erscheint das empfangene Signal als ein Strom von Impulsen.
Eine weitere Charakteristik eines Mehrwegkanals ist, dass jeder
Weg durch den Kanal einen unterschiedlichen Dämpfungsfaktor (attenuation
factor) verursachen kann. Wenn zum Beispiel ein idealer Impuls über einen Mehrwegkanal übertragen
wird, hat jeder Impuls des empfangenen Stroms von Impulsen im Allgemeinen eine
andere Signalstärke
als die anderen empfangenen Impulse. Eine weitere Charakteristik
eines Mehrwegkanals ist, dass jeder Weg durch den Kanal eine andere
Phase des Signals verursachen kann. Wenn zum Beispiel ein idealer
Impuls über
einen Mehrwegkanal übertragen
wird, hat jeder Impuls des empfangenen Stroms von Impulsen im Allgemeinen
eine andere Phase als die anderen empfangenen Impulse.
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In
dem Funkkanal wird der Mehrweg erzeugt durch Reflexion des Signals
von Hindernissen in der Umgebung, wie Gebäuden, Bäumen, Autos und Menschen. Im
Allgemeinen ist der Funkkanal ein Zeit-variierender Mehrwegkanal
aufgrund der relativen Bewegung der Strukturen, die den Mehrweg
erzeugen. Wenn zum Beispiel ein idealer Impuls über den Zeit-variierenden Mehrwegkanal übertragen wird,
würde sich
der empfangene Strom von Impulsen in Zeitpunkt, Dämpfung und
Phase als eine Funktion der Zeit ändern, in der der ideale Impuls übertragen
wird.
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Die
Mehrweg-Charakteristiken eines Kanals können einen Signalschwund (Fading)
verursachen. Schwund ist das Ergebnis der Schwund-Charakteristiken
des Mehrwegkanals. Ein Schwund tritt auf, wenn sich Mehrwegvektoren
destruktiv addieren und ein empfangenes Signal liefern, das kleiner
ist als jeder einzelne Vektor. Wenn zum Beispiel eine Sinuswelle über einen
Mehrwegkanal mit zwei Wegen übertragen
wird, bei dem der erste Weg einen Dämpfungsfaktor von X dB (Dezibel),
eine Zeitverzögerung von δ mit einer
Phasenänderung
von Θ Bogenmaß und der
zweite Weg einen Dämpfungsfaktor
von X dB, eine Zeitverzögerung
von δ mit
einer Phasenänderung
von Θ + π Bogenmaß aufweist,
würde an dem
Ausgang des Kanals kein Signal empfangen.
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In
Schmalband-Modulationssystemen, wie die von herkömmlichen Funktelefonsystemen
verwendete analoge FM-Modulation, führt die Existenz von Mehrweg
in dem Funkkanal zu ernsthaftern Mehrweg-Schwund. Bei einem Breitband-CDMA,
wie oben erwähnt,
können
jedoch die unterschiedlichen Wege an der Empfangsstation in dem
Demodulationsprozess diskriminiert werden. Die Diskriminierung von
Mehrwegsignalen reduziert nicht nur beträchtlich das Ausmaß eines
Mehrweg-Schwunds, sondern stellt einen Vorteil für das CDMA-System dar.
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In
einem beispielhaften CDMA-System überträgt jede Basisstation ein Pilotsignal
mit einem gemeinsamen PN-Spreiz-Code, das in der Code-Phase von
dem Pilotsignal anderer Basisstationen versetzt ist. Während des
Betriebs des Systems ist die entfernte Einheit mit einer Liste von
Versetzungen (offsets) für
Code-Phasen versehen, die den benachbarten Basisstationen entsprechen,
welche die Basisstation umgeben, durch die eine Kommunikation hergestellt
wird. Die entfernte Einheit ist ausgestattet mit einem Suchelement,
wodurch die entfernte Einheit die Signalstärke des Pilotsignals von einer
Gruppe von Basisstationen, einschließlich der benachbarten Basisstationen,
verfolgen kann.
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Ein
Verfahren und ein System zum Vorsehen einer Kommunikation mit einer
entfernen Einheit durch mehr als eine Basisstation während des Hand-Over-Vorgangs sind offenbart
in dem U.S. Patent Nr. 5,267,261 mit dem Titel „Mobile Assisted Soft Handoff
in a CDMA Cellular Telephone System", veröffentlicht 30. Nov. 1993, das
dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurde. Unter Verwendung dieses
Systems wird eine Kommunikation zwischen der entfernten Einheit
und dem Endbenutzer durch das eventuelle Hand-Over von einer ursprünglichen Basisstation
an eine nachfolgende Basisstation nicht unterbrochen. Dieser Typ
des Hand-Overs kann als ein „wei cher
(soft)" Hand-Over
betrachtet werden, da eine Kommunikation mit der nachfolgenden Basisstation
hergestellt wird, bevor eine Kommunikation mit der ursprünglichen
Basisstation beendet wird. Wenn sich die entfernte Einheit in Kommunikation
mit zwei Basisstationen befindet, kombiniert die entfernte Einheit
die von jeder Basisstation empfangenen Signale auf die gleiche Weise,
wie Mehrwegsignale von einer gemeinsamen Basisstation kombiniert
werden.
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In
einem typischen Makro-Funkzellensystem kann eine System-Steuereinrichtung
eingesetzt werden, um ein einzelnes Signal für den anderen Endbenutzer aus
den von jeder Basisstation empfangenen Signalen zu erzeugen. Innerhalb
jeder Basisstation können
von einer gemeinsamen entfernten Einheit empfangene Signale kombiniert
werden, bevor sie decodiert werden, und somit kann ein Vorteil aus
den mehreren empfangenen Signalen gezogen werden. Das decodierte
Ergebnis aus jeder Basisstation wird an die System-Steuereinrichtung
geliefert. Sobald ein Signal decodiert ist, kann es nicht mit anderen
Signalen „kombiniert" werden. Somit muss
die System-Steuereinrichtung
zwischen der Vielzahl decodierter Signale wählen, die von jeder Basisstation
erzeugt wurden, mit der durch eine einzelne entfernte Einheit eine
Kommunikation hergestellt wurde. Das vorteilhafteste decodierte
Signal wird aus den Basisstationen ausgewählt und die anderen Signale
werden einfach verworfen.
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Ein
von der entfernten Einheit unterstütztes weiches bzw. soft Hand-Over
arbeitet auf Grundlage der Stärke
des Pilotsignals von mehreren Sätzen
von Basisstationen, wie von der entfernten Einheit gemessen. Der „Aktive
Satz" ist der Satz
von Basisstationen, durch die eine aktive Kommunikation hergestellt
wird. Der „Benachbarte
Satz" ist ein Satz
von Basisstationen, die eine aktive Basisstation umgeben, mit Basisstationen,
die mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Signalstärke von ausreichendem Pegel haben,
um eine Kommunikation herzustellen. Der „Kandidaten-Satz" ist ein Satz von
Basisstationen, die eine Stärke
des Pilotsignals auf einem ausreichenden Signalpegel haben, um eine
Kommunikation herzustellen.
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Wenn
Kommunikation anfänglich
hergestellt wird, kommuniziert eine entfernte Einheit über eine erste
Basisstation und der Aktive Satz enthält nur die erste Basisstation.
Die entfernte Einheit überwacht die
Stärke
des Pilotsignals der Basisstationen des Aktiven Satzes, des Kandidaten-Satzes
und des Benachbarten Satzes. Wenn ein Pilotsignal einer Basisstation
in dem Benachbarten Satz einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet,
wird die Basisstation in der entfernten Einheit zu dem Kandidaten-Satz hinzugefügt und aus
dem Benachbarten Satz entfernt. Die entfernte Einheit kommuniziert
eine Meldung an die erste Basisstation, in der sie die neue Basisstation
identifiziert. Eine Steuervorrichtung eines zellulären oder
personenbezogenen Kommunikationssystems entscheidet, ob eine Kommunikation zwischen
der neuen Basisstation und der entfernten Einheit hergestellt werden
soll. Entscheidet die Steuervorrichtung eines zellulären oder
personenbezogenen Kommunikationssystems, dies zu tun, sendet die Steuervorrichtung
eines zellulären
oder personenbezogenen Kommunikationssystems eine Meldung an die
neue Basisstation mit identifizierender Information über die
entfernte Einheit und einem Befehl, mit dieser eine Kommunikation
herzustellen. Auch an die entfernte Einheit wird über die
erste Basisstation eine Meldung übertragen.
Diese Meldung identifiziert einen neuen Aktiven Satz, der die erste
und die neuen Basisstationen enthält. Die entfernte Einheit sucht das
von der neuen Basisstation gesendete Informationssignal und mit
der neuen Basisstation wird eine Kommunikation hergestellt, ohne
dass die Kommunikation über
die erste Basisstation beendet wird. Dieser Vorgang kann mit zusätzlichen
Basisstationen fortgesetzt werden.
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Wenn
die entfernte Einheit über
mehrere Basisstationen kommuniziert, überwacht sie weiterhin die
Signalstärke
der Basisstationen des Aktiven Satzes, des Kandidaten-Satzes und
des Benachbarten Satzes. Sollte die Signalstärke, die zu einer Basisstation
des Aktiven Satzes gehört,
für eine
vorgegebene Zeitdauer unter eine vorgegebene Schwelle sinken, erzeugt
und sendet die entfernte Einheit eine Meldung, um das Ereignis zu
berichten. Die Steuervorrichtung eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikati onssystems
empfängt
diese Meldung durch zumindest eine der Basisstationen, mit denen die
entfernte Einheit in Kommunikation steht. Die Steuervorrichtung
eines zellulären
oder personenbezogenen Kommunikationssystems kann entscheiden, die
Kommunikation über
die Basisstation mit einer schwachen Pilotsignalstärke zu beenden.
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Bei
der Entscheidung zur Beendigung einer Kommunikation über eine
Basisstation erzeugt die Steuervorrichtung eines zellulären oder
personenbezogenen Kommunikationssystems eine Meldung, die einen
neuen Aktiven Satz von Basisstationen identifiziert. Der neue Aktive
Satz enthält
nicht die Basisstation, über
die eine Kommunikation beendet werden soll. Die Basisstationen,
durch die eine Kommunikation hergestellt wird, senden eine Meldung
an die entfernte Einheit. Die Steuervorrichtung eines zellulären oder
personenbezogenen Kommunikationssystems kommuniziert Information
auch an die Basisstation, um eine Kommunikation mit der entfernten
Einheit zu beenden. Die Kommunikation der entfernten Einheit wird
somit nur über
Basisstationen geleitet, die in dem neuen Aktiven Satz identifiziert
sind.
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Da
die entfernte Einheit mit dem Endbenutzer über zumindest eine Basisstation
zu jeder Zeit während
des weichen Hand-Over-Vorgangs kommuniziert, tritt keine Unterbrechung
in der Kommunikation zwischen der entfernten Einheit und dem Endbenutzer
auf. Ein weicher Hand-Over liefert signifikante Vorteile in seiner
innewohnenden „herstellen
vor dem unterbrechen"-Kommunikation gegenüber herkömmlichen „unterbrechen
vor dem herstellen"-Techniken, die
in anderen zellulären
Kommunikationssystemen verwendet werden.
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In
einem zellulären
oder personenbezogenen Kommunikationstelefonsystem ist eine Maximierung
der Kapazität
des Systems hinsichtlich der Anzahl von simultanen Telefonanrufen,
die gehandhabt werden können,
sehr wichtig. Eine Systemkapazität in
einem Spreiz-Spektrum-System kann maximiert werden, wenn die Sendeleistung
jeder entfernten Einheit derart gesteuert wird, dass jedes gesendete Signal
an dem Empfänger
der Basisstation mit demselben Pegel ankommt. In einem tatsächlichen
System kann jede entfernte Einheit mit dem minimalen Signalpegel
senden, der einen Rauschabstand (signal-to-noise ratio – SNR) erzeugt,
der eine akzeptable Datenwiedergewinnung ermöglicht. Wenn ein von einer
entfernten Einheit gesendetes Signal an dem Empfänger der Basisstation mit einem
Leistungspegel ankommt, der zu niedrig ist, kann die Bit-Fehlerrate
zu hoch sein, um aufgrund einer Störung (Interferenz) von den
anderen entfernten Einheiten eine Kommunikation mit hoher Qualität zu ermöglichen. Wenn
andererseits das von der entfernten Einheit gesendete Signal sich
auf einem Leistungspegel befindet, der bei Empfang an der Basisstation
zu hoch ist, ist eine Kommunikation mit dieser bestimmten entfernten
Einheit akzeptabel, aber dieses Signal mit hoher Leistung wirkt
als Störung
gegenüber
anderen entfernten Einheiten. Diese Störung kann eine Kommunikation
mit anderen entfernten Einheiten nachteilig beeinträchtigen.
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Um
eine Kapazität
in einem beispielhaften CDMA-Spreiz-Spektrum-System zu maximieren, wird
deswegen die Sendeleistung jeder entfernten Einheit innerhalb des
Abdeckungsbereichs einer Basisstation von der Basisstation gesteuert,
um dieselbe nominell empfangene Signalleistung an der Basisstation
zu erzeugen. In dem idealen Fall ist die gesamte, an der Basisstation
empfangene Signalleistung gleich der von jeder entfernten Einheit
empfangenen nominellen Leistung multipliziert mit der Anzahl von
entfernten Einheiten, die innerhalb des Abdeckungsbereichs der Basisstation
senden, plus die Leistung, die an der Basisstation von entfernten
Einheiten in dem Abdeckungsbereich benachbarter Basisstationen empfangen
wird.
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Die
Streckendämpfung
(path loss) in dem Funkkanal kann durch zwei getrennte Phänomene charakterisiert
werden: mittlere Streckendämpfung und
Schwund (Fading). Die Vorwärtsverbindung
(forward link) von der Basisstation zu der entfernten Einheit arbeitet
auf einer anderen Frequenz als die Rückwärtsverbindung (reverse link)
von der entfernten Einheit zu der Basisstation. Da sich jedoch die Frequenzen
der Vorwärtsverbindung
und der Rückwärtsverbindung
in dem gleichen allgemeinen Frequenzband befinden, existiert eine
signifikante Korrelation zwischen der mittleren Streckendämpfung der beiden
Verbindungen. Andererseits ist Schwund ein unabhängiges Phänomen für die Vorwärtsverbindung und die Rückwärtsverbindung
und variiert als eine Zeit-Funktion.
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In
einem beispielhaften CDMA-System schätzt jede entfernte Einheit
die Streckendämpfung der
Vorwärtsverbindung
auf Grundlage der gesamten Leistung an dem Eingang zu der entfernten
Einheit. Die Gesamtleistung ist die Summe der Leistung von allen
Basisstationen, die auf derselben Frequenzzuteilung arbeiten, wie
sie von der entfernten Einheit wahrgenommen wird. Aus der Schätzung der
mittleren Streckendämpfung
der Vorwärtsverbindung
setzt die entfernte Einheit den Sendepegel des Signals der Rückwärtsverbindung
fest. Sollte sich der Kanal der Rückwärtsverbindung für eine entfernte
Einheit im Vergleich zu dem Kanal der Vorwärtsverbindung für die gleiche
entfernte Einheit aufgrund eines unabhängigen Schwundes der beiden
Kanäle
plötzlich verbessern,
würde das
an der Basisstation von dieser entfernten Einheit empfangene Signal
in der Leistung zunehmen. Diese Leistungszunahme verursacht eine
zusätzliche
Störung
für alle
Signale, welche dieselbe Frequenzzuteilung teilen. Somit könnte eine
schnelle Reaktion der von der entfernten Einheit gesendeten Leistung
auf die plötzliche
Verbesserung des Kanals eine Systemleistung verbessern. Deswegen
ist es notwendig, dass die Basisstationen kontinuierlich zu dem
Mechanismus der Leistungssteuerung der entfernten Einheit beitragen.
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Die
Sendeleistung der entfernten Einheit kann auch durch eine oder mehrere
Basisstation(en) gesteuert werden. Jede Basisstation, mit der die
entfernte Einheit kommuniziert, misst die von der entfernten Einheit
empfangene Signalstärke.
Die gemessene Signalstärke
wird mit einem gewünschten Signalstärkepegel
für diese
bestimmte entfernte Einheit verglichen. Ein Befehl zur Anpassung
der Leistung wird von jeder Basisstation erzeugt und auf der Vorwärtsverbindung
an die entfernte Einheit gesendet. Als Reaktion auf den Befehl zur
Anpassung der Leistung der Basisstation erhöht oder verringert die entfernte
Einheit die Sendeleistung um einen vorgegebenen Betrag.
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Durch
dieses Verfahren wird eine schnelle Reaktion auf eine Veränderung
in dem Kanal bewirkt und die durchschnittliche Systemleistung wird
verbessert. Es ist zu beachten, dass in einem typischen zellulären System
die Basisstationen nicht eng verbunden sind, und dass jede Basisstation
in dem System den Leistungspegel nicht kennt, mit dem die anderen
Basisstationen das Signal der entfernten Einheit empfangen.
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Wenn
eine entfernte Einheit mit mehr als einer Basisstation kommuniziert,
werden von jeder Basisstation Befehle zur Anpassung der Leistung
erzeugt. Die entfernte Einheit reagiert auf diese mehrfachen Befehle
zur Anpassung der Leistung von den Basisstationen, um Sendeleistungspegel
zu vermeiden, die nachteilig eine Kommunikation mit anderen entfernten
Einheiten stören
können,
aber dennoch ausreichend Leistung bereitstellen, um eine Kommunikation
von der entfernten Einheit zu zumindest einer der Basisstationen
zu unterstützen.
Dieser Mechanismus zur Leistungssteuerung wird erreicht, indem die
entfernte Einheit ihren Sendesignalpegel nur erhöht, wenn jede Basisstation,
mit der die entfernte Einheit in Kommunikation steht, eine Zunahme
des Leistungspegels anfordert. Die entfernte Einheit verringert
ihren Sendesignalpegel, wenn eine Basisstation, mit der die entfernte
Einheit in Kommunikation steht, eine Verringerung der Leistung anfordert.
Ein System zur Leistungssteuerung einer entfernten Einheit und Basisstation
wird offenbart in dem U.S. Patent Nr. 5,056,109 mit dem Titel „Method
and Apparatus for Controlling Transmission Power in a CDMA Cellular
Mobile Telephone System",
veröffentlicht
8. Oktober 1991, das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt
wurde.
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Eine
Basisstation-Diversität
bzw. Diversity an der entfernten Einheit ist eine wichtige Überlegung in
dem weichen Hand-Over-Vorgang. Das oben beschriebene Verfahren zur
Leistungssteuerung funktioniert optimal, wenn die entfernte Einheit
mit jeder Basisstation kommuniziert, mit der eine Kommunikation
möglich
ist. Dadurch vermeidet die entfernte Einheit eine unabsichtliche
Störung
von Kommunikation über
eine Basisstation, die das Signal der entfernten Einheit mit einem übermäßig hohen
Pegel empfängt, aber
keinen Befehl zur Anpassung der Leistung an die entfernte Einheit
kommunizieren kann, da mit ihr keine Kommunikation hergestellt ist.
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Ein
typisches zelluläres
oder persönliches Kommunikationssystem
enthält
einige Basisstationen mit mehreren Sektoren. Eine Basisstation mit mehreren
Sektoren weist mehrere unabhängige
Sende- und Empfangs-Antennen auf. Der Vorgang einer simultanen Kommunikation
mit zwei Sektoren derselben Basisstation wird als ein „weicherer
(softer) Hand-Over" bezeichnet.
Der Vorgang eines weichen Hand-Overs und der Vorgang eines weicheren Hand-Overs sind aus der
Sicht der entfernten Einheit derselbe. Jedoch ist der Betrieb der
Basisstation in einem weicheren Hand-Over verschieden von dem eines
weichen Hand-Overs. Wenn eine entfernte Einheit mit zwei Sektoren
derselben Basisstation kommuniziert, sind die demodulierten Datensignale
beider Sektoren zur Kombination innerhalb der Basisstation verfügbar, bevor
die Signale an die Steuervorrichtung eines zellulären oder
personenbezogenen Kommunikationssystems weitergeleitet werden. Da die
beiden Sektoren einer gemeinsamen Basisstation Schaltungen und Funktionen
der Steuerung teilen, ist eine Vielfalt von Information, die zwischen
unabhängigen
Basisstationen nicht verfügbar
ist, für Sektoren
einer gemeinsamen Basisstation einfach verfügbar. Ebenso senden zwei Sektoren
einer gemeinsamen Basisstation dieselbe Information zur Leistungssteuerung
an eine entfernte Einheit (wie im Folgenden diskutiert wird).
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Der
Kombinationsvorgang beim weicheren Hand-Over ermöglicht, dass demodulierte Daten
von unterschiedlichen Sektoren vor dem Decodieren kombiniert werden
und somit einen einzigen „soft
decision"-Ausgabewert
erzeugen. Der Kombinationsvorgang kann auf Grundlage des relativen
Signalpegels jedes Signals durchgeführt werden und liefert somit
den zuverlässigsten
Kombinationsvorgang.
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Wie
oben angemerkt, kann die Basisstation mehrere Instanzen desselben
Signals der entfernten Einheit empfangen. Jede demodulierte Instanz
des ankommenden Signals wird einem Demodulationselement zugewiesen.
Die demodulierte Ausgabe des Demodulationselements wird kombiniert.
Das kombinierte Signal wird decodiert. Die Demodulationselemente
können,
statt dass sie einem einzelnen Sektor zugewiesen werden, einem Signal
von einem Sektor eines Satzes von Sektoren in der Basisstation zugewiesen
werden. Somit kann die Basisstation ihre Ressourcen mit hoher Effizienz
nutzen, indem sie Demodulationselemente den stärksten verfügbaren Signalen zuweist.
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Durch
das Kombinieren von Signalen von Sektoren einer gemeinsamen Basisstation
kann eine sektorisierte Basisstation einen einzigen Befehl zur Anpassung
der Leistung für
die Leistungssteuerung der entfernten Einheit ausgeben. Somit ist
der Befehl zur Anpassung der Leistung von jedem Sektor einer gemeinsamen
Basisstation derselbe. Diese Einheitlichkeit bei der Steuerung der
Leistung ermöglicht
einen flexiblen Hand-Over-Ablauf, da eine Sektor-Diversität an der
entfernten Einheit für
den Vorgang der Leistungssteuerung nicht kritisch ist. Weitere Details des
weicheren Hand-Over-Vorgangs
sind offenbart in U.S. Patent Nr. 5,625,876 mit dem Titel „ Method
and Apparatus for Performing Handoff between Sectors of a Common
Base Station", das
dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurde. Weitere Information über die
Vorteile und Anwendung eines weicheren Hand-Overs sind offenbart in U.S. Patent
Nr. 5,864,760 mit dem Titel „ Method
and Apparatus for Reducing the Average Transmit Power from a Sectorized
Base Station" und
in U.S. Patent Nr. 6,157,668 mit dem Titel „ Method and Apparatus for
Reducing the Average Transmit Power of a Base Station", die dem Anmelder
der vorliegenden Erfindung erteilt wurden.
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Jede
Basisstation in dem zellulären
System hat einen Vorwärtsverbindungs-Abdeckungsbereich und
einen Rückwärtsverbindungs-Abdeckungsbereich.
Diese Abdeckungsbereiche definieren die physikalische Grenze, jenseits
der sich eine Kommunikation der Basisstation mit einer entfernten
Einheit verschlechtert. In anderen Worten, wenn sich eine entfernte
Einheit innerhalb des Abdeckungsbereichs der Basisstation befindet,
kann die entfernte Einheit mit der Basisstation kommunizieren; wenn
sich die entfernte Einheit je doch jenseits des Abdeckungsbereichs
befindet, wird die Kommunikation beeinträchtigt. Eine Basisstation kann
einen oder mehrere Sektoren haben. Basisstationen mit einem einzigen
Sektor haben ungefähr
einen kreisförmigen
Abdeckungsbereich. Basisstationen mit mehreren Sektoren haben unabhängige Abdeckungsbereiche,
die von der Basisstation ausstrahlende Strahlungskeulen (lobes) bilden.
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Abdeckungsbereiche
einer Basisstation haben zwei Hand-Over-Grenzen. Eine Hand-Over-Grenze
ist definiert als der physikalische Ort zwischen zwei Basisstationen,
an dem die Performance der Verbindung die gleiche ist, unabhängig davon,
ob die entfernte Einheit mit der ersten oder der zweiten Basisstation
kommuniziert. Jede Basisstation hat eine Hand-Over-Grenze für die Vorwärtsverbindung
und eine Hand-Over-Grenze für
die Rückwärtsverbindung.
Die Hand-Over-Grenze für
die Vorwärtsverbindung
ist definiert als der Ort, an dem der Empfänger der entfernten Einheit
die gleiche Performance vorsieht, unabhängig davon, von welcher Basisstation
er empfängt.
Die Hand-Over-Grenze für die
Rückwärtsverbindung
ist definiert als der Ort der entfernten Einheit, wo zwei Basisstation-Empfänger hinsichtlich
dieser entfernten Einheit dieselbe Performance vorsehen würden.
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Idealerweise
sollten diese Grenzen ausgeglichen sein, d. h. sie sollten den gleichen
physikalischen Ort haben. Wenn sie nicht ausgeglichen sind, kann
die Kapazität
des Systems reduziert sein, da der Vorgang der Leistungssteuerung
gestört
ist oder sich der Hand-Over-Bereich unmäßig ausdehnt. Es ist zu beachten,
dass eine Ausgeglichenheit der Hand-Over-Grenze eine Zeit-Funktion ist, da
der Abdeckungsbereich der Rückwärtsverbindung
sich verkleinert, wenn die Anzahl der darin vorhandenen entfernten
Einheiten zunimmt. Eine Leistung der Rückwärtsverbindung, die mit jeder
zusätzlichen
entfernten Einheit zunimmt, ist umgekehrt proportional zu dem Abdeckungsbereich
der Rückwärtsverbindung. Eine
Zunahme in der Empfangsleistung verringert die effektive Größe des Abdeckungsbereichs
der Rückwärtsverbindung
der Basisstation und verursacht, dass sich die Hand-Over-Grenze
der Rückwärtsverbindung
zu der Basisstation nach innen hin verschiebt.
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Um
eine hohe Leistung in einem CDMA-System oder in einem anderen zellulären System
zu erzielen, ist es wichtig, den Sendeleistungspegel der Basisstationen
und der entfernten Einheiten in dem System sorgfältig und genau zu steuern.
Eine Steuerung der Sendeleistung begrenzt das Ausmaß einer von
dem System erzeugten Selbst-Störung.
Darüber hinaus
kann auf der Vorwärtsverbindung
ein präziser Pegel
von Sendeleistung dazu dienen, die Hand-Over-Grenzen der Vorwärts- und
Rückwärtsverbindung
einer Basisstation oder eines einzelnen Sektors einer Basisstation
mit mehreren Sektoren auszugleichen. Ein derartiger Ausgleich hilft,
die Größe der Hand-Over-Bereiche zu reduzieren,
die Gesamtkapazität
des Systems zu erhöhen
und die Leistung entfernter Einheiten in dem Hand-Over-Bereich zu
verbessern.
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Vor
dem Hinzufügen
einer neuen Basisstation zu dem existierenden Netzwerk sind die
Leistung (d. h. Sendeleistung) der Vorwärtsverbindung und die Signalleistung
(d. h. Empfangs-Signalleistung) der Rückwärtsverbindung beide ungefähr gleich
Null. Um den Vorgang des Hinzufügens
einer neuen Basisstation zu beginnen, wird ein Dämpfungsglied (attenuator) in
dem Empfangsweg der neuen Basisstation auf einen hohen Dämpfungsgrad
gesetzt, was einen hohen Grad von künstlicher Rauschempfangsleistung erzeugt.
Ein Dämpfungsglied
in dem Sendeweg wird ebenfalls auf einen hohen Dämpfungsgrad gesetzt, was wiederum
einen niedrigen Sendeleistungspegel verursacht. Der hohe Grad von
künstlicher
Rauschempfangsleistung führt
dazu, dass der Abdeckungsbereich der Rückwärtsverbindung der neuen Basisstation
sehr klein wird. Ähnlich
ist, da der Abdeckungsbereich der Vorwärtsverbindung direkt proportional
zu der Sendeleistung ist, der Sendeleistungspegel sehr niedrig und
der Abdeckungsbereich der Vorwärtsverbindung
sehr klein.
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Der
Vorgang geht dann weiter durch Anpassen der Dämpfungsglieder in den Empfangs-
und Sendewegen unisono. Der Dämpfungsgrad
des Dämpfungsglieds
in dem Empfangsweg wird verringert, wodurch der Grad von künstlicher
Rauschempfangsleistung verringert wird, der natürliche Signalpegel er höht wird
und somit die Größe des Abdeckungsbereichs
der Rückwärtsverbindung
erhöht wird.
Der Dämpfungsgrad
des Dämpfungsglieds
des Sendewegs wird ebenfalls verringert, wodurch der Sendeleistungspegel
der neuen Basisstation erhöht wird
und der Abdeckungsbereich der Vorwärtsverbindung ausgedehnt wird.
Die Rate, mit der die Sendeleistung erhöht wird und die künstliche
Rauschempfangsleistung verringert wird, muss ausreichend langsam
sein, um ein Hand-Over von Anrufen zwischen der neuen Basisstation
und umgebender Basisstationen zu ermöglichen, wenn die neue Basisstation
zu dem System hinzugefügt
oder aus dem System entfernt wird.
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Jede
Basisstation in dem System wird anfangs derart kalibriert, dass
die Summe des Wegrauschens des unbelasteten Empfängers und die gewünschte Pilotleistung
gleich einer Konstante ist. Die Kalibrierungskonstante ist überall in
dem System von Basisstationen konsistent. Wenn das System belastet
wird (d. h. entfernte Einheiten beginnen mit den Basisstationen
zu kommunizieren) erhält
ein Kompensationsnetz das konstante Verhältnis zwischen der an der Basisstation
empfangenen Leistung der Rückwärtsverbindung
und der von der Basisstation gesendeten Pilotleistung. Die Belastung
einer Basisstation verschiebt die Hand-Over-Grenze der Rückwärtsverbindung
tatsächlich
näher hin
zu der Basisstation. Um denselben Effekt auf der Vorwärtsverbindung
zu imitieren, wird deswegen die Pilotleistung verringert, wenn die
Belastung erhöht
wird. Der Vorgang des Ausbalancierens der Hand-Over-Grenze der Vorwärtsverbindung
mit der Hand-Over-Grenze der Rückwärtsverbindung
wird als „Basisstation-Atmen" (base station breathing)
bezeichnet und wird detailliert beschrieben in U.S. Patent Nr. 5,548,812 mit
dem Titel „Method
and Apparatus for Balancing the Forward Link Handoff Boundary to
the Reverse Link Handoff Boundary in a Cellular Communication System", veröffentlicht
20. August 1996, das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt
wurde. Der Vorgang des Ausbalancierens der Hand-Over-Grenze der Vorwärtsverbindung
mit der Hand-Over-Grenze der Rückwärtsverbindung
während
des Hinzufügens
oder Entfernens einer Basisstation zu oder von einem System wird
als ein „Basisstation-Erblühen und
-Verwelken" (base
station blossoming and wilting) bezeichnet und wird detailliert
be schrieben in U.S. Patent Nr. 5,475,870 mit dem Titel „Apparatus and
Method for Adding and Removing a Base Station from a Cellular Communication
System", veröffentlicht
12. Dezember 1995, das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt
wurde.
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Es
ist wünschenswert,
die relative Leistung zu steuern, die in jedem Vorwärtsverbindungssignal verwendet
wird, das von der Basisstation gesendet wird, als Reaktion auf Steuerungsinformation,
die von jeder entfernten Einheit gesendet wird. Der primäre Grund
zum Vorsehen einer derartigen Steuerung liegt darin, die Tatsache
zu berücksichtigen, dass
an bestimmten Orten die Vorwärtsverbindung ungewöhnlich benachteiligt
ist. Solange nicht die an die benachteiligte entfernte Einheit übertragene
Leistung erhöht
wird, kann die Signalqualität
inakzeptabel werden. Ein Beispiel eines derartigen Ortes ist ein Punkt,
an dem die Streckendämpfung
(path loss) zu einer oder zwei benachbarten Basisstation(en) fast dieselbe
ist wie die Streckendämpfung
zu der Basisstation, die mit der entfernten Einheit kommuniziert. An
einem derartigen Ort wäre
die gesamte Störung drei
Mal höher
als die Störung,
die von einer entfernten Einheit an einem Punkt relativ nah zu ihrer
Basisstation erfahren wird. Zusätzlich
schwindet die von den benachbarten Basisstationen kommende Störung nicht
unisono mit dem Signal von der aktiven Basisstation, wie es der
Fall wäre
für eine
von der aktiven Basisstation kommende Störung. Eine entfernte Einheit
in einer derartigen Situation kann 3 bis 4 dB zusätzlicher
Signalleistung von der aktiven Basisstation erfordern, um eine adäquate Leistung
zu erreichen.
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Auch
kann sich die entfernte Einheit dort befinden, wo der Rauschabstand
(signal-to-interference ratio) ungewöhnlich gut ist. In einem derartigen
Fall kann die Basisstation das entsprechende Vorwärtsverbindungssignal
unter Verwendung einer niedrigeren als der nominellen Sendeleistung übertragen, wodurch
eine Störung
der anderen von dem System übertragenen
Signale reduziert wird.
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Um
die obigen Aufgaben zu erfüllen,
kann eine Fähigkeit
zur Messung des Signal-zu-Rauschabstands in dem Empfänger der
entfernten Einheit vorgesehen werden. Eine Messung des Signal-zu-Rauschabstands
wird durchgeführt
durch Vergleichen der Leistung des gewünschten Signals mit der gesamten
Störungs-
und Rauschleistung. Wenn der gemessene Abstand geringer als ein
vorgegebener Wert ist, sendet die entfernte Einheit eine Anforderung
für zusätzliche
Leistung auf der Vorwärtsverbindung
an die Basisstation. Wenn der Abstand den vorgegebenen Wert übersteigt,
sendet die entfernte Einheit eine Anforderung zur Leistungsreduzierung. Ein
Verfahren, durch das der Empfänger
der entfernten Einheit Signal-zu-Rauschabstände überwachen kann, ist durch Überwachen
der Rahmenfehlerrate (FER – frame
error rate) des resultierenden Signals.
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Die
Basisstation empfängt
die Anforderungen zur Leistungsanpassung von jeder entfernten Einheit
und reagiert, indem sie die dem entsprechenden Vorwärtsverbindungssignal
zugeteilte Leistung um einen vorgegebenen Betrag anpasst. Die Anpassung
ist normalerweise gering, typischerweise in dem Bereich von 0.5
bis 1.0 dB oder ungefähr
12%. Die Rate der Veränderung
der Leistung kann etwas langsamer sein als die für die Rückwärtsverbindung verwendete, vielleicht
einmal pro Sekunde. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der dynamische Bereich
der Vorwärtsverbindungsanpassung
typischerweise begrenzt von 4 dB unter der nominellen bis ungefähr 6 dB über der
nominellen Sendeleistung.
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CDMA-Basisstationen
haben die Fähigkeit, eine
genaue Steuerung für
ihren Sendeleistungspegel vorzusehen. Um eine genaue Leistungssteuerung
zu liefern, ist es notwendig, Variationen in der Verstärkung in
den verschiedenen Komponenten, welche die Sendekette der Basisstation
aufweist, zu kompensieren. Variationen in der Verstärkung treten typischerweise
abhängig
von Temperatur und Alterung derart auf, dass ein einfaches Kalibrierungsverfahren
beim ersten Einsatz keine präzise
Ausgabe-Sendeleistung über
der Zeit garantiert. Variationen in der Verstärkung können durch Anpassen der Gesamtverstärkung in
der Sendekette kompensiert werden, so dass die tatsächliche
Sendeleistung der Basisstation mit einer berechneten erwünschten Sendeleistung übereinstimmt.
Jeder Sektor einer Basisstation erzeugt mehrere Signalisierungskanäle, die
mit einer Vielzahl von Datenraten und relativen Signalpegeln arbeiten,
die in der Kombination ein Roh-Funkfrequenzsendesignal
erzeugen. Die Kanalelementmodulatoren, von denen jeder einem Kanal entspricht,
berechnen die erwartete Leistung jedes Kanalsignals. Die Basisstation
weist auch eine Steuervorrichtung für das Basisstation-Transceiver-System
(BTSC – base
station transceiver system Controller) auf, die eine erwünschte Ausgabe-Leistung des
Sektors durch Summieren der erwarteten Leistungen jedes Kanals erzeugt.
-
Ein
Schlüsselaspekt
bei der Implementierung eines drahtlosen Kommunikationssystems ist das
Anordnen von Antennen in dem gesamten Abdeckungsbereich derart,
dass jeder Ort in dem gesamten Abdeckungsbereich, an dem sich eine
entfernte Einheit befinden könnte,
mit ausreichenden Signalpegeln unterstützt wird. Um eine verteilte
Antenne zu erzeugen, wird die Ausgabe-Leistung der Basisstation einer Reihe
von Antennenelementen zugeführt, die
jeweils durch eine Verzögerung
voneinander getrennt sind. Eine verteilte Antenne nutzt die Fähigkeit von
direkter Sequenz-CDMA, um einen Mehrweg durch Erzeugung eines absichtlichen
Mehrwegs, der Diskriminierungskriterien erfüllt, zu diskriminieren.
-
Eine
Technik zum Verbessern der Leistung eines verteilten Antennesystems
unter Verwendung von parallelen Reihen von diskreten Antennen, wobei jede
Antenne in einer gemeinsamen Reihe von ihren Nachbarn durch Verzögerung getrennt
ist, wird offenbart in dem U.S. Patent Nr. 5,280,472 mit dem Titel „CDMA Microcellular
Telephone System and Distributed Antenna System Therefor", veröffentlicht
18. Januar 1994, das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt
wurde. Eine Weiterentwicklung des Konzeptes der verteilten Antennen,
wird offenbart in dem U.S. Patent Nr. 5,513,176 mit dem Titel „Dual Distributed
Antenna System",
das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurde. Bei der
verteilten Antennenanordnung werden für Signale, die von Antennen
von verschiedenen Antennenelementen an einem gemeinsamen Knoten
gesendet werden, unterschiedliche Verzögerungswege zwischen der Basisstation
und der Antenne vorgesehen. Die Antennenelemente können Abwärtswandlungs-Schaltungen
aufweisen, wodurch die Kabel-Streckendämpfung zwischen den Antennenelementen
und der Basisstation reduziert wird und die Verwendung von einfach
verfügbaren
SAW-Vorrichtungen
als Verzögerungselemente
ermöglicht
wird.
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Ein
weiterer Vorteil der verteilten Antennenanordnung liegt darin, dass
wenig ortspezifische Konstruktionstechnik zur Installierung erforderlich
ist. Normalerweise wird das Aufstellen einer Antenne nur von physikalischen
Beschränkungen
bestimmt zusammen mit der Anforderung, dass jeder Ort, der einen
Dienst wünscht,
durch einen Satz von zwei Antennen abgedeckt werden muss. Es ist
nicht von Bedeutung, wenn sich Antennenmuster überlappen. Tatsächlich ist
eine überlappende
Abdeckung wünschenswert,
da sie einen Diversitäts-Betrieb
für alle Terminals
in dem Überlappungsbereich
liefert. Eine Überlappung
ist jedoch nicht erforderlich.
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Ein
Ziel eines Netzes für
personenbezogene Mobilkommunikation ist es, eine Abdeckung über ein großes geographisches
Gebiet bereitzustellen. Eine derartige breite geographische Abdeckung
ist unentbehrlich und muss am ersten Tag des Dienstes bereitgestellt
werden, um in der heutigen wirtschaftlichen Umgebung Benutzer anzuziehen.
Eine der größten Kosten
der Bereitstellung einer Abdeckung über ein großes geographisches Gebiet liegt
im Erwerb von Immobilien und Landnutzungsrechten und der Installierung
von Basisstationen, die jeweils eine Abdeckung für einen Teil des gesamten geographischen
Abdeckungsbereichs liefern.
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Es
ist zu beachten, dass Kabelfernsehnetze (CATV – cable television) eine ausgedehnte
Abdeckung über
fast alle Vorortgebiete liefern. Wenn somit das CATV-Netz, als Kabelanlage
(cable plant) bezeichnet, als die Basis für ein drahtloses Kommunikationsnetz
verwendet werden könnte,
können
die Aufgabe eines Erwerbs von Immobilien und Landnutzungsrechten
und die Kosten der Installierung von diskreten Basisstationen vermieden
werden. Somit könnte
ein zentralisierter Kopfende-Prozessor die erforderlichen Funktionen
zur Signalverarbeitung an einem einzigen Ort in dem geographischen
Gebiet bereitstellen und die Kabelverteilungsmittel könnten verwendet
werden, um das drahtlose Signal zu den Benutzern zu übertragen.
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Die
Charakteristiken des CDMA-Systems liefern unzählige Vorteile in einem CATV-basierten drahtlosen
System. Die Integration des drahtlosen Kommunikationsnetzes in der
Kabelanlage kann sorgfältig
organisiert werden, um die Flexibilität und Fähigkeit des CDMA-Systems vollständig nutzen
zu können.
Die vorliegende Erfindung versucht, ein derartiges System zu definieren.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist vorgesehen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vorsehen
eines Kommunikationsabdeckbereichs über ein Kommunikationssystem
hinweg, wie in den Ansprüchen
dargestellt wird.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sehen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Integrieren eines personenbezogenen Kommunikationssystems in einer
Kabelfernsehanlage vor. Ein Satz von Funkantennenvorrichtungen (RADs – radio
antenna devices) sind mit der Kabelanlage verbunden. Die RADs liefern
eine Frequenzwandlung und Leistungssteuerung des von der Kabelanlage empfangenen
Signals zur drahtlosen Übertragung
an entfernte Einheiten. Die RADs liefern auch eine Leistungssteuerung
und eine Frequenzwandlung von drahtlosen Signalen, die von den entfernten
Einheiten empfangen werden, zur Übertragung
durch die RADs zu der Kabelanlage.
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Am
Kopfende der Kabelanlage ist eine Basisstation angebracht, um als
eine Schnittstelle zwischen den RADs und dem öffentlichen Fernsprechnetz
(PSTN – public
switched telephone network) zu wirken. Die Basisstation bietet die
Funktionen einer standardmäßigen makrozellulären Basisstation,
wie eine Frequenz-Abwärtswandlung,
Demodulation, Signalkombination und Signaldecodierung sowie Modulation,
Leistungssteuerung und Frequenz-Aufwärtswandlung.
Die Basisstation kann auch einige der Funktionen durchführen, die
normalerweise von einer zentralisierten Systemsteuervorrichtung
in einem standardmäßigen makrozellulären System
durchgeführt
werden, wie Auswahl von Vocoding-Funktionen.
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Zusätzlich zu
den Funktionen von standardmäßigen Basisstationen
und einer zentralisierten Systemsteuervorrichtung muss die CATV-Basisstation
Variationen in der Verstärkung
in der Kabelanlage kompensieren. Die Stromabwärts-Leistungssteuerung wird
durch ein RAD-Referenzsignal reguliert, das für eine maximale Effizienz in
dem CDMA-Signal versteckt werden kann. Die Stromaufwärts-Leistungssteuerung
wird durch ein Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal
reguliert, das von jeder RAD auf der Stromaufwärtsverbindung individuell gesendet
wird.
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Die
Architektur der Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung führt
zu einer großen
Flexibilität.
Jede RAD kann entweder als ein Element einer verteilten Antenne
oder als ein Sektor einer Basisstation für sich selbst arbeiten. Die
Funktion jeder RAD als verteilte Antenne oder als Sektor kann von
dem Kopfende-Prozessor aus der Entfernung programmiert werden. Somit
kann die Kapazitätsdichte
des Systems geographisch verändert
werden, um die sich ändernde
Verkehrsdichte unterzubringen.
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Die
Flexibilität
ist auch beim ersten Einsatz bzw. Aufstellung des Systems wichtig.
Wenn das System gestartet wird, kann das gesamte System nur einen
Sektor an der Basisstation benötigen,
um das anfangs niedrige Volumen von Benutzern zu versorgen. Wenn
die Nutzung des Systems zunimmt, können neue Ressourcen einfach
an dem Kopfende hinzugefügt
werden, um mehr Kapazität
bereitzustellen. Die RADs werden aus der Entfernung von dem Kopfende
neu programmiert, um mit den neu hinzugefügten Ressourcen zu arbeiten.
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Die
nahe Beziehung der Ressourcen der Basisstation ermöglicht dem
System, ankommende Signale, die unterschiedlichen Sektoren entsprechen, überall im
System nach einer Demodulation und vor einer Decodierung zu kombinieren.
Somit kann ein weicherer Hand-Over über die Gesamtheit des Abdeckungsbereichs
durchgeführt
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Merkmale, Aufgaben und Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung werden offensichtlicher aus der unten angeführten detaillierten
Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen gesehen
wird, in denen gleiche Bezugszeichen überall entsprechendes identifizieren und
in denen:
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1 ein
Diagramm ist, das eine beispielhafte Kabelanlage darstellt;
-
2 ein
Blockdiagramm ist, das eine beispielhafte Kabelanlage darstellt,
in die ein personenbezogenes Kommunikationssystem integriert ist;
-
3 zeigt
die Vorwärtsverbindungs-Signalverarbeitungsstruktur
einer beispielhaften Funkantennenvorrichtung (RAD – radio
antenna device);
-
4 zeigt
die Rückwärtsverbindungs-Signalverarbeitungsstruktur
einer beispielhaften RAD;
-
5 zeigt
ein Antennenmuster einer typischen Basisstation mit drei Sektoren;
-
6 zeigt
einen Satz von verteilten Antennen, die einen konzentrierten Abdeckungsbereich abdecken;
-
7 zeigt
ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel
eines standardmäßigen zellulären Systems mit
drei Basisstationen mit je einem Sektor;
-
8 zeigt
ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel
einer Basisstation mit drei Sektoren eines standardmäßigen zellulären Systems;
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9A ist
eine beispielhafte spektrale Verteilung auf der Stromabwärtsverbindung
der Kabelanlage;
-
9B ist
eine beispielhafte spektrale Verteilung auf der Stromaufwärtsverbindung
der Kabelanlage;
-
10 zeigt
ein beispielhaftes Blockdiagramm einer Basisstation;
-
11 zeigt
ein Szenario, in dem das RAD-Referenzsignal im Zentrum des CDMA-Sektorsignals
platziert ist; und
-
12 ist
ein Blockdiagramm, das teilweise die Funktionen der digitalen Baugruppen
zeigt.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt
eine beispielhafte Kabelanlage. Satellitensignalantennen 10 und 12 empfangen
Fernseh(TV – televisison)signale
typischerweise in dem Ku- oder
C-Bandfrequenzbereich am Kopfende 4. Der TV-Empfänger 14 in
dem Kopfende 4 wandelt die Signale in die niedrigeren HF-Frequenzen
zur Übertragung über die
Kabelanlage. Typischerweise werden Stromabwärts-TV-Signale in dem Frequenzbereich von 54
Megahertz (MHz) bis 550 MHz übertragen.
Die von dem TV-Empfänger 14 ausgegebenen elektrischen
HF-Signale werden
an eine Bank von „elektrische-in-optische
Signale"-Wandlern 16A–16I geleitet.
Jeder der „elektrische-in-optische
Signale"-Wandler 16A–16I für wandelt
die elektrischen HF-Signale in optische Signale zur Glasfaserübertragung
an eine Teilmenge der geographischen Abdeckungsbereiche um, die
von einer Vielzahl von Faserknoten 20A–20I versorgt werden.
Zum Beispiel überträgt die Faser 2 die
optischen Signale von dem „elektrische-in-optische Signale"-Wandler 16A an den
Faserknoten 20A. Die Faserknoten 20A–20I sind mit
Abstand zueinander über
den ganzen geographischen Bereich angeordnet, der von dem Signal
von der Faser 2 bedient wird. Jeder der Faserknoten 20A–20I liefert
das Signal über
ein Kabel für
ein elektrisches Signal an eine Vielzahl von Ziele 24A–24I, wie
Häuser,
Apartmentgebäude
und Unternehmen. Entlang der Länge
des Kabels für
das elektrische Signal ist eine Vielzahl von bidirektionalen Verstärkern 22A–22I ange ordnet.
Das Kabel für
das elektrische Signal und die Verstärker können auch in einer parallelen
und/oder sternförmigen
Konfiguration statt in der in 1 gezeigten
Konfiguration in Reihe angeordnet sein.
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Der
Weg des TV-Signals von dem Kopfende 4 zu den Zielen 24A–24I wird
als der Stromabwärts-Weg
bezeichnet. Typischerweise hat eine Stadt mit einer Einwohnerzahl
von ungefähr
1 Million Menschen drei oder vier Kopfenden. Die Faserleitungen,
wie Faser 2, verlaufen über
weite Entfernungen in Untergrundröhren oder über oberirdische Leitungsmasten.
Von jedem Faserknoten 20A–20I laufen die Kabel
für das
elektrische Signal ungefähr
eine Meile oder weniger, abhängig
von der Anzahl der Ziele. Bidirektionale Verstärker 22A–22I können alle 1000
Fuß entlang
des Kabels für
das elektrische Signal eingefügt
werden. Typischerweise sind nicht mehr als fünf bidirektionale Verstärker entlang
jedem Kabel für
das elektrische Signal aufgrund der von jedem Verstärker hinzugefügten Kreuzmodulations-Verzerrung
(intermodulation distortion) kaskadiert.
-
Die
Richtlinien der Federal Communications Commission (FCC) erfordern,
dass die Kabelanlage eine bidirektionale Kommunikation mit den Zielen
bereitstellt. Zusätzlich
zu dem Stromabwärts-System, das
TV-Signale an das Ziel liefert, liefert ein Stromaufwärts-System
einen Signalisierungsweg von den Zielen 24A–24I zurück zu dem
Kopfende 4. Der Stromaufwärts-Weg soll ein sehr viel
geringeres Volumen von Signalisierungsverkehr übertragen als der Stromabwärts-Weg.
Der Stromaufwärts-Weg
kann verwendet werden, um zum Beispiel die Auswahl einer Option
zum „Bezahlen
bei Betrachtung" („pay per view") durch einen Benutzer
anzuzeigen.
-
Die
Stromaufwärtsverbindung
funktioniert im Wesentlichen wie die Umkehrung der Stromabwärtsverbindung.
Typischerweise arbeitet die Stromaufwärtsverbindung auf einem begrenzteren
Frequenzbereich, wie von 5–40
MHz. Signale von den Zielen 24A–24I werden über das
Kabel für
das elektrische Signal und die bidirektionalen Verstärker 22A–22I an den
Faserknoten 20A übertragen.
An den Faserknoten 20A–20I werden
die Signale aus der elektrischen Form in die optische Form zur Übertragung
in der Faser 2 umgewandelt. Am Kopfende 4 werden
die Stromaufwärts-Signale
durch die „optische-in-elektrische
Signale"-Wandler 18A–18I in
eine elektrische Form umgewandelt. Die Stromaufwärts-Signale werden dann von
einem Benutzer-Signalprozessor 6 verarbeitet.
-
In
typischen Konfigurationen gibt es eine Eins-zu-Eins-Abbildung (one-to-one
mapping) zwischen „elektrische-in-optische
Signale"-Wandlern 16A–16I und
Faserknoten 20A–20I.
Eine eindeutige Faser in der Faser 2 überträgt jedes Stromabwärts-Signal
und Stromaufwärts-Signal
getrennt.
-
2 zeigt
eine beispielhafte Architektur, welche die vorliegende Erfindung
darstellt, integriert in der beispielhaften Kabelanlage von 1.
Das Kopfende 4 wurde von dem Kopfende 40 ersetzt,
das die Funktionalität
der drahtlosen Kommunikation liefert. In dem Kopfende 40 befindet
sich die Basisstation 44, welche die Schnittstelle zwischen
dem drahtlosen Kommunikationsnetz und dem öffentlichen Fernsprechnetz
(PSTN) 30 bildet. Zusätzlich
erzeugt die Basisstation 44 die Vorwärtsverbindungs-CDMA-Anrufsignale
(CDMA – code
division multiple access) sowie Pilot- und andere Overhead-Signale, die auf
der Stromabwärtsverbindung
verteilt werden. Die Basisstation 44 sieht auch die Auswahl
oder Kombination des Rückwärtsverbindungs-CDMA-Anrufsignals
und der Overhead-Signale vor, wenn sie auf der Stromaufwärtsverbindung
empfangen werden. Die Basisstation 44 wird im Folgenden
detaillierter beschrieben.
-
Wie
oben angemerkt, überträgt die Stromabwärts-CATV-Anlage
typischerweise TV-Signale in einem Frequenzbereich von 54 MHz–550 MHz.
Jedoch kann die Stromabwärts-CATV-Anlage
eine Kommunikation von Signalen bis zu 700 MHz bereitstellen. Einige
sehr neue Systeme sind zu einem Betrieb von bis zu 850 MHz fähig. In
den älteren
Systemen, die nur bis 350 bis 450 MHz arbeiten, müssen mehrere TVs
entfernt werden zur Verwendung durch den PCS. In dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung werden die CDMA-Vorwärtsverbindungs-Signale in dem
Frequenzbe reich von 550 MHz–700
MHz übertragen.
Jedem Sektor der CDMA-Vorwärtsverbindung
wird ein Teil des verfügbaren
Frequenzbandes in der CATV-Anlage zugewiesen. Die Vorwärtsverbindungs-Ausgabe
von der Basisstation 44 wird mit den TV-Signalen von dem TV-Empfänger 14 durch
den Summierer 42 summiert. Die Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signale
werden im Wesentlichen auf dieselbe Weise wie die TV-Signale über die
Stromabwärts-CATV-Verbindung übertragen.
Wie im Folgenden detaillierter erläutert wird, sind das Ziel einiger
der Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signale
die Funkantennenvorrichtungen (RAD) 50A–50I. Die RADs 50A–50I strahlen
das Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signal
in den zu dem Faserknoten 20A gehörenden geographischen Versorgungsbereich
aus. Die RADs 50A–50I sind
entlang der Länge
eines zu dem Faserknoten 20A gehörenden elektrischen Kabels
mit einem Abstand von 1000–1500
Fuß beabstandet.
Die Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signale
werden mit den TV-Signalen durch bidirektionale Verstärker 22A–22I geleitet.
Die RADs 50A–50I müssen offensichtlich
derart platziert werden, dass die Signale, die sie liefern, mit
ausreichenden Energiepegeln über
den gewünschten
Abdeckbereich ausgestrahlt werden können. Somit können, wenn
sich das zu dem Faserknoten 20A gehörende elektrische Kabel unter
der Erde befindet, die RADs 50A–50I an einem oder
mehreren der Ziele 24A–24I installiert
werden. Auch wenn sich beispielsweise das elektrische Kabel unter
der Erde befindet, kommt das Kabel aus der Erde heraus, um mit der
zu jedem Ziel gehörenden
physikalischen Struktur verbunden zu werden. Die RADs 50A–50I können auf dem
Dach eines Gebäudes
installiert werden. Wenn sich das zu dem Faserknoten 20 gehörende elektrische
Kabel oberirdisch ist, können
die RADs 50A–50I irgendwo
entlang des Kabels selbst oder an einem der das elektrische Kabel
tragenden Leitungsmasten platziert werden.
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Wie
oben angemerkt, arbeitet die Stromaufwärtsverbindung über den
Frequenzbereich von 5–40
MHz. Das Rückwärtsverbindungs-CDMA-System
arbeitet am vorteilhaftesten, wenn es in dem Empfangsweg eine derartige
Diversität
gibt, dass jede der RADs 50A–50I zwei unterschiedliche
Empfangsantennen hat, von denen jede ein getrenntes Signal zurück an die
Ba sisstation 44 liefert. Wenn somit die Rückwärtsverbindungs-CDMA-Signale
in der CATV-Anlage einem Frequenzmultiplexverfahren unterzogen würden, wäre doppelt
soviel Spektrums-Bandbreite auf der Rückwärtsverbindung erforderlich
wie die für
die Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signale
verwendete Bandbreite. Es ist aber nur eine Bandbreite von 35 MHz
verfügbar
an der Stromaufwärts-CATV-Anlage.
Somit entspricht, wie in 2 gezeigt, jeder Faserknoten 20A–20I einem
direkten Weg zu einem entsprechenden Wandler der „optische-in-elektrische
Signale"-Wandler 18A–18I. Jeder
der „optische-in-elektrische
Signale"-Wandler 18A–18I ist
mit einem Kopfende-Prozessor 40 verbunden.
Die Basisstation 44 gibt Signale an das PSTN 30 aus
und empfängt
Signale von dem PSTN 30.
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Wie
oben angemerkt, ist ein wichtiger Aspekt eines CDMA-Kommunikationssystems
die Leistungssteuerung sowohl der Vorwärtsverbindung als auch der
Rückwärtsverbindung.
In CDMA-Basisstationen gemäß dem Stand
der Technik sind die Mittel zur Signalerzeugung und die Antennen-Mittel
gemeinsam angeordnet. Somit können
die CDMA-Basisstationen gemäß dem Stand
der Technik den Sendeleistungspegel einfach direkt setzen. Ähnlich können die
CDMA-Basisstationen gemäß dem Stand
der Technik die Signalpegel der Signale, die sie empfangen, direkt
messen.
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Im
Gegensatz dazu können
in dem auf einer CATV-Anlage basierten System die Basisstation 44 und
die RADs 50A–50I viele
Meilen voneinander entfernt angeordnet werden. Ebenso zeigt ein
rascher Blick auf 2, dass der Weg zwischen jeder
einzelnen RAD 50A–50I zur
Basisstation 44 verschieden ist. Zusätzlich zu den festen physikalischen
Unterschieden zwischen den Wegen variiert die Verstärkung der
CATV-Anlage beträchtlich über die
Zeit, wie als Antwort auf den breiten Bereich von Temperaturen,
in dem das System arbeiten muss. Die CATV-Anlage wird auch einer
Vielfalt von dynamischen eindringenden Signalen (ingress signals)
ausgesetzt. Eindringende Signale sind unerwünschte Signale, die in die
Kabelanlage eintreten. Eine Vielzahl von eindringenden Signalen
wird in einer städtischen Umgebung
erzeugt, wie Signale von anderen Kommunikationssystemen (wie lokalen
TV- Systemen, kommerziellen
Rundfunksystemen, CB-Funk) und von Maschinen, die zufällige sporadische
Emissionen erzeugen (wie Emissionen beim Anlassen eines Autos).
Die eindringenden Signale sind sehr unberechenbar und variieren
sehr über
die Zeit.
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Berücksichtigt
man die Wichtigkeit einer Leistungssteuerung für das CDMA-System und die Komplexität und Variabilität der Amplitudenantwort der
Kabelanlage, wird die Leistungssteuerung zu einem wichtigen Aspekt
der vorliegenden Erfindung. Die Kompensation der Leistungssteuerung
der Vorwärtsverbindung
wird durch Verwendung eines RAD-Referenzsignals erreicht, das über die
Stromabwärtsverbindung übertragen
wird. Die Kompensation der Leistungssteuerung der Rückwärtsverbindung
wird durch Verwendung eines Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignals erreicht,
das über
die Stromaufwärtsverbindung übertragen
wird. Die Form und Funktion des RAD-Referenzsignals und des Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignals
werden unten genauer erläutert.
-
Vor
der Erläuterung
des Mechanismus zur Kompensation der Leistungssteuerung wollen wir
die Struktur der RADs selbst untersuchen. Jede RAD sorgt sowohl
für eine
Vorwärtsverbindungs-
als auch eine Rückwärtsverbindungs-Signalverarbeitung. 3 zeigt
die Signalverarbeitungsstruktur für eine Vorwärtsverbindung einer beispielhaften
RAD, in der das bevorzugte Ausführungsbeispiel
verwirklicht wird. In 3 koppelt der Koppler 60 das
HF-Signal von dem
elektrischen Kabel ab. Der Splitter 62 teilt das ankommende
Signal, so dass es von zwei verschiedenen Verarbeitungselementen
verwendet werden kann. Der RAD-Referenzsignalprozessor 84 extrahiert
des RAD-Referenzsignal
aus der Vielzahl von auf dem elektrischen Kabel vorhandenen Signalen. Das
RAD-Referenzsignal hat drei Zwecke: als eine Kanal-Verstärkungs-Referenz
zu wirken, als eine Referenz für
die Frequenz-Synthetisatoren
zu wirken und Steuerungsdaten an die RAD zu übertragen. Jede dieser Funktionen
wird unten detailliert beschrieben. Der RAD-Referenzsignalprozessor 84 extrahiert
das Frequenz-Referenzsignal aus dem RAD-Referenzsignal und liefert
es an Phasenregelkreise (PLL – phase lock
loops) 64 und 68. Der RAD-Referenzsignalprozessor 84 extrahiert
ebenso das Verstärkungs-Referenzsignal,
das von dem RAD-Mikroprozessor 88 weiterverarbeitet wird
und schließlich
an die Verstärkungssteuerung 72 geliefert wird.
Der RAD-Referenzsignalprozessor 84 extrahiert weiterhin
jegliche Steuerungsdaten und liefert sie an den RAD-Mikroprozessor 88 zur
weiteren Analyse. Die Steuerungsdaten können Befehle von dem Kopfende 40 aufweisen,
die ausschließlich
für diese RAD
bestimmt sind. Zum Beispiel können
die Steuerungsdaten anzeigen, dass die Frequenz des PLL 68 oder
PLL 64 in eine neue Frequenz geändert werden sollte.
-
Ein
Zwischenfrequenz(ZF – intermediate
frequency)-Prozessor 70 empfängt auch ein Signal von dem
Splitter 62. Der ZF-Prozessor 70 wandelt die Energie
des ankommenden Signals derart um, dass das gewünschte Signal um eine vorgegebene
ZF-Frequenz zentriert ist. Wie oben erwähnt, werden die Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signale
in der Kabelanlage einem Frequenzmultiplexverfahren unterzogen. Die
von dem PLL 64 erzeugte Frequenz wird mit dem von dem Splitter 62 ankommenden
Signal derart gemischt, dass die gewünschte Wellenform um die vorgegebene
ZF-Frequenz zentriert ist. Typischerweise verwendet ein ZF-Prozessor 70 einen
Oberflächenwellen(SAW – surface
acoustic wave)-Filter oder einen anderen Filter, der zu der Wellenform
des Signals passt, das die RAD überträgt, und
die anderen von dem Splitter 62 kommenden Signale zurückweist.
Wenn die physikalische Entfernung zwischen den RADs nicht ausreichend
ist, um eine Verzögerung
zur Erzeugung verwendbarer Mehrweg-Verzögerungen zu liefern, kann der
ZF-Prozessor 70 auch ein
im Feld austauschbares oder programmierbares oder festes Verzögerungselement
aufweisen.
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Das
ZF-Frequenzsignal wird von dem ZF-Prozessor 70 an die Verstärkungssteuerung 72 ausgegeben.
Die Verstärkungssteuerung 72 setzt
die Sendeausgabeleistung der RAD als Reaktion auf ein Steuersignal
von dem RAD-Mikroprozessor 88.
Ein Mischer 74 wandelt das von der Verstärkungssteuerung 72 ausgegebene
verstärkungsgesteuerte
Signal aufwärts
in die Sendefrequenz. Ein Leistungsverstärker 76 liefert eine
nominell feste Verstärkung und
verstärkt
das Signal auf eine zum Senden geeignete Leistung. Ein Filter 77 filtert
das Signal zum Senden, um jegliche unerwünschten Mischungs-Produkte zu unterdrücken. Ein
Koppler 78 koppelt eine kleine Menge der von dieser RAD
gesendeten Leistung über
eine Antenne 80. Die gekoppelte Leistung von dem Koppler 78 wird
von einer Leistungs-Erfassungsvorrichtung 90 gemessen und
das Ergebnis wird zurück
an den RAD-Mikroprozessor 88 berichtet.
-
4 zeigt
die Rückwärtsverbindungs-Signalverarbeitungsstruktur
einer beispielhaften RAD, in der das bevorzugte Ausführungsbeispiel
verwirklicht wird. In 4 gehören die Antennen 100 und 126 zu dieser
RAD. Eine Verwendung zweier gemeinsam angeordneter Antennen, die
mit einer Entfernung zueinander an jeder RAD angeordnet sind, führt eine gewünschte Diversität ein. Durch
den Abstand zwischen den Antennen sollten die zwei Antennen den im
Wesentlichen gleichen Abdeckbereich haben, während sie einen unabhängigen Schwund
liefern. Ein Platzieren von zwei Antennen an einer Basisstation,
um eine Diversität
zu erzielen, ist eine übliche Praxis
in makrozellulären
Systemen. In einem makrozellulären
System werden zwei Antennen mit relativ großen Abdeckbereichen, im Allgemeinen
im Bereich von mehreren Meilen, an einer Basisstation platziert. Typischerweise
werden die Antennen ungefähr
5 bis 20 Wellenlängen
voneinander entfernt platziert, um eine Weg-Diversität und eine
Unabhängigkeit
im Schwund zu erzielen. Wie oben angemerkt, wird, um den ganzen
Vorteil aus einer Weg-Diversität
zu erreichen, jedes unterschiedliche Signal einzeln demoduliert,
bevor die entstehenden demodulierten Signale zusammen summiert werden,
um ein Gesamtergebnis zu erzeugen. Der Demodulations-Prozess wird
in dem Kopfende 40 durchgeführt. Somit werden zwei getrennte
Empfangssignale von jeder RAD zurück an das Kopfende 40 transportiert,
wobei eines jeweils den Antennen 100 und 126 entspricht,
die jeweils als die Alpha- und Beta-Signalwege bezeichnet werden. Die Stromaufwärts-Signalisierung
in der Kabelanlage erfordert somit ungefähr die doppelte Bandbreite
wie die, welche von der Stromabwärts-Signalisierung
erforderlich ist.
-
Von
der Antenne 100 tritt das Alpha-Empfangssignal in ein steuerbares
Dämpfungsglied 102 ein
und von der Antenne 126 tritt das Beta-Empfangssignal in ein steuerbares Dämpfungsglied 128 ein.
Obwohl die Platzierung der steuerbaren Dämpfungsglieder 102 und 128 direkt
nach den Antennen 100 und 126 gegen die Intuition
erscheint, dienen die steuerbaren Dämpfungsglieder 102 und 128 zwei wichtigen
Funktionen. Damit das an dem Kopfende 40 demodulierte Signal
richtig kombiniert wird, müssen
die relativen Signalpegel jedes zu kombinierenden Signals bekannt
sein, so dass das Signal zur Kombination mit den anderen Signalen
geeignet gewichtet werden kann. Da nur ein Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal
erzeugt wird, um diesen Vorgang von jeder RAD zu erleichtern, wird
das Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal
verwendet, um den relativen Pegel der beiden, von einer einzelnen
RAD empfangenen Signale anzuzeigen. Somit müssen die beiden Wege ausbalanciert
sein, das heißt
beide liefern dieselbe Empfangsleistung (Rauschfaktor und Verstärkung) an
die Signale, die sie empfangen. Die steuerbaren Dämpfungsglieder 102 und 128 können verwendet
werden, um die Alpha- und Beta-Wege zu kalibrieren.
-
Der
zweite Zweck der steuerbaren Dämpfungsglieder 102 und 128 besteht
darin, „RAD-Atmen und
-Erblühen" (RAD breathing and
blossoming) zu implementieren. „Atmen" ist ein Vorgang, durch den die Hand-Over-Grenzen
der Vorwärts-
und Rückwärtsverbindung
hinsichtlich benachbarter RADs ausbalanciert werden. „Erblühen" ist der Vorgang, durch
den die RADs zum Betrieb hinzugefügt oder aus dem Betrieb entfernt
werden. Der RAD-Mikroprozessor 88 steuert die Dämpfung der
steuerbaren Dämpfungsglieder 102 und 128,
um diese Vorgänge zu
bewirken. Sowohl „Atmen" als auch „Erblühen", einschließlich einer
Vielfalt von Implementierungsvariationen, werden detailliert in
den oben erwähnten U.S.
Patent Nr. 5,548,812 und 5,475,870 erläutert.
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Als
nächstes
wird in jedem Weg das Empfangssignal durch Verstärker 104 und 130 mit
niedrigem Eigenrauschen (low-noise amplifier) verstärkt. Das
verstärkte
Signal wird dann durch Mischer 106 und 132 in
eine feste ZF-Frequenz
umgewandelt. Die feste ZF bleibt auf derselben Frequenz, unge achtet der
Frequenz, die von den Antennen 100 und 126 empfangen
wird, und der Frequenz, die zur Übertragung
des Signals von der RAD an das Kopfende 40 über die
Kabelanlage verwendet wird. Die Mischer 106 und 132 werden
von dem PLL 118 angetrieben, der eine Frequenz erzeugt,
wie sie von dem RAD-Mikroprozessor 88 programmiert wird
und unter Bezugnahme auf das RAD-Referenzsignal (Verbindungen werden
zur Übersichtlichkeit
nicht gezeigt).
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Die
Ausgabe der Mischer 106 und 132 wird von den jeweiligen
Filtern 108 und 134 Bandpaß-gefiltert, um unerwünschte Frequenzen
zurückzuweisen.
Zeitverzögerungseinheiten 110 und 136 können feste,
im Feld austauschbare oder steuerbare Verzögerungseinrichtungen sein.
Möglicherweise
muss in der Empfangskette eine Verzögerung vorgesehen werden, wenn
zum Beispiel die beiden Signalwege von den Antennen 100 und 126 kombiniert
werden oder wenn die Signale mit Signalen von anderen RADs in der
Kabelanlage kombiniert werden. Für weitere
Information siehe oben erwähntes
U.S. Patent Nr. 5,280,472 und U.S. Patent Nr. 5,513,176.
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Ein
Mischer 112 wandelt das Alpha-Signal in die geeignete Frequenz
zur Übertragung über die
Kabelanlage unter Verwendung eines von dem PLL 120 gelieferten
Mischungs-Signals um. Ein Mischer 138 wandelt das Beta-Signal in die geeignete
Frequenz zur Übertragung über die
Kabelanlage unter Verwendung eines von dem PLL 122 gelieferten
Mischungs-Signals um. Die PLLs 120 und 122 werden von
dem RAD-Mikroprozessor 88 programmiert und sind auf das
RAD-Referenzsignal bezogen (Verbindungen werden zur Übersichtlichkeit
nicht gezeigt). Ein Summierer 144 summiert die Alpha- und Beta-Signale
und das Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal
zu einer gemeinsamen Ausgabe. Eine Verstärkungssteuerung 146 passt
die Verstärkung des
kombinierten Signals an und ein Verstärker 148 verstärkt das
kombinierte Signal. Ein Koppler 150 koppelt das kombinierte
Signal auf die Kabelanlage.
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In 4 wird
der RAD-Mikroprozessor 88 nochmals zur Klarheit gezeigt.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der RAD-Mikroprozessor 88 eine einzige Verarbeitungseinheit,
die eine Steuerung sowohl über
die Empfangs- als
auch die Sendeteile der RAD vorsieht. In 4 wird weiter
ein spannungsgesteuerter temperaturkompensierter Kristalloszillator
(VCTCXO – voltage
controlled temperature compensated crystal oscillator) 154 gezeigt.
Der VCTCXO 154 liefert ein Taktsignal für den RAD-Mikroprozessor 88 und
ein Referenzsignal für
die Erzeugung eines Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignals 152.
Der RAD-Mikroprozessor 88 kann die Ausgabe des VCTCXO 154 mit
dem RAD-Referenzsignal synchronisieren und/oder die Phasen angleichen,
nachdem das RAD-Referenzsignal verfügbar wird. Wenn die RAD zu
Beginn einen Strom erhält,
kann die Ausgabe des VCTCXO 154 einen Takt und Referenzen
bereitstellen, durch die Funktionen zum Starten (bootstrapping functions)
erreicht werden können.
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Die
Erzeugung eines Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignals 152 liefert
einen Mechanismus zur Leistungssteuerung für die RAD. Jede RAD überträgt ein unterscheidbares
Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal
zurück
zu dem Kopfende 40, wo das Signal gemessen wird und mit
den Pegeln der anderen empfangenen Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignale verglichen
wird. Das Kopfende 40 kann eine Meldung über das
RAD-Referenzsignal
an die einzelne RAD senden und sie anweisen, den Leistungspegel
des Signals, das sie an die Kabelanlage liefert, zu erhöhen oder
zu verringern. Wie oben angemerkt, liefert die Kabelanlage eine
Verstärkung,
die sich über
die Zeit signifikant ändern
kann. Die Verstärkung
der Kabelanlage und die Variation über die Zeit ist für verschiedene
Frequenzen unterschiedlich. Jede RAD muss ein Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal
besitzen, das an dem Kopfende 40 unterscheidbar ist, auch
wenn die Signale, die sie erzeugt, mit den Signalen von anderen RADs
kombiniert werden. Weitere Details über die Funktion des Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignals werden
unten angeführt.
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Wie
oben angemerkt, weist ein typisches zelluläres System eine Vielzahl von
beabstandeten Basisstationen auf, die jeweils einen Satz von zugehörigen gemeinsam
angeordneten Antennen haben. Eine typische zelluläre Basisstation
kann drei oder mehrere Sektoren aufweisen. Die Sektoren sind Abschnitte
der Basisstation, die eng zusammen gehören. Jeder Sektor überträgt einen
anderen Satz von Signalen als der Satz von Signalen, der von jedem anderen
Sektor in der Basisstation übertragen
wird. Da die Sektor-Schaltungen
gemeinsam angeordnet sind, können
sie einfach gemeinsam benutzt werden und zwischen den Sektoren zusammengeschaltet werden.
Das Antennenmuster einer typischen Basisstation mit drei Sektoren
wird in 5 gezeigt. In 5 wird
der Abdeckbereich 300A von der dünnsten Linie dargestellt. Der
Abdeckbereich 300B wird von der Linie mit der mittleren
Dicke dargestellt. Der Abdeckbereich 300C wird von der
dicksten Linie dargestellt. Die Form der in 5 gezeigten
drei Abdeckbereiche ist die Form, die von standardmäßigen Richtdipolantennen
(directional dipol antennas) erzeugt wird. Die Ränder der Abdeckbereiche können als
der Ort betrachtet werden, an dem die entfernte Einheit den minimalen
Signalpegel empfängt,
der erforderlich ist, um eine Kommunikation über diesen Sektor zu unterstützen. Wenn
sich eine entfernte Einheit in den Sektor hinein bewegt, nimmt die
von der Basisstation empfangene Signalstärke, wie sie von der entfernten
Einheit wahrgenommen wird, zu. Eine entfernte Einheit an dem Punkt 302 kann über den Sektor 300A kommunizieren.
Eine entfernte Einheit an dem Punkt 303 kann über den
Sektor 300A und den Sektor 300B kommunizieren.
Eine entfernte Einheit an dem Punkt 304 kommuniziert über den
Sektor 300B. Bewegt sich eine entfernte Einheit über den Rand
des Sektors hinaus, kann sich die Kommunikation über diesen Sektor verschlechtern.
Eine entfernte Einheit, die in einem weichen Hand-Over-Modus zwischen
der Basisstation in 5 und einer nicht gezeigten
benachbarten Basisstation arbeitet, befindet sich wahrscheinlich
in der Nähe
des Randes einer der Sektoren.
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Eine
verteilte Antennen-Konfiguration wird in dem oben erwähnten U.S.
Patent Nr. 5,280,472 beschrieben. In dem in dem Patent 5,280,472
beschriebenen Antennensystem ist eine Serie von Antennen aneinandergereiht,
ge trennt durch Verzögerungselemente.
Die Serie von Antennen kann verwendet werden, um eine Abdeckung
für ein
längliches
Gebiet oder ein Gebiet bereitzustellen, das eine große Anzahl
von Dämpfungselementen
aufweist. Zum Beispiel kann eine verteilte Antenne dazu verwendet werden,
ein Signal entlang der Länge
eines Bürgersteigs
zwischen zwei sehr hohen Gebäuden
zu liefern. Die verteilte Antenne kann einfach eine Abdeckung um
eine Ecke herum liefern, wo eine Abdeckung einer standardmäßigen Basisstation,
wie die in 5 gezeigte, von großen Gebäuden blockiert
wird.
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Ein
verteiltes Antennensystem kann verwendet werden, um eine Abdeckung
für einen
konzentrierten, statt einen länglichen
Abdeckbereich bereitzustellen. Zum Beispiel zeigt 6 einen
Satz von verteilten Antennen 306A–306J, die jeweils
die Abdeckbereiche 305A–305J bereitstellen.
Ein verteiltes Antennensystem wird typischerweise in Verbindung mit
einem einzelnen Sektor einer Basisstation verwendet. Somit sendet
jede der verteilten Antennen 306A–306J dieselbe Gruppe
von Signalen. Auch wenn Verzögerungselemente
zwischen den Antennen verwendet werden, liefert jede der verteilten
Antennen 306A–306J denselben
Satz von Signalen. Zusätzlich
zu der hohen Flexibilität
der Form des Abdeckbereichs, haben verteilte Antennen den Vorteil, dass
sie eine relativ konstante Signalleistung für die entfernten Einheiten
innerhalb ihrer Abdeckbereiche bereitstellen. Somit können die
entfernten Einheiten ein Senden mit sehr hohen Sendepegeln vermeiden, die
eine Batterieleistung sehr schnell verbrauchen.
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In
der Anordnung mit verteilten Antennen von 6 führt, wenn
sich eine entfernte Einheit zwischen den Abdeckbereichen 305A–305J bewegt, weder
die Basisstation noch die entfernte Einheit jegliche Art von Hand-Over
durch. Die Signale, die über mehr
als eine Antenne der verteilten Antennen 306A–306J kommuniziert
werden, erscheinen sowohl für
die Basisstation als auch für
die entfernte Einheit als Mehrweg-Ausbreitungen und werden auf die
selbe Weise, wie bei natürlich
auftretenden Mehrweg-Ausbreitungen, erfasst, demoduliert und kombiniert.
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7 zeigt
ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel
eines standardmäßigen zellulären Systems, das
drei Basisstationen 362, 364 und 368 mit
jeweils einem Sektor zeigt. In 7 ist jede
der Antennen 310, 326 und 344 die Empfangsantenne
für die
jeweilige Basisstation 362, 364 und 368.
Die Basisstationen 362, 364 und 368 sind
sehr nahe beieinander und die Antennen 310, 326 und 344 haben
derartige überlappende
Abdeckbereiche, dass sich ein Signal einer einzelnen entfernten
Einheit in einem weichen Hand-Over mit allen drei Basisstationen
zugleich befinden kann. Jede der Antennen 310, 326 und 344 kann
eine wie in 6 gezeigte verteilte Antenne sein.
Typischerweise verwenden Basisstationen Diversitäts-Empfangsantennen, das heißt, dass
zwei getrennte Antennen an jedem Sektor verwendet werden. Jede Diversitäts-Antenne
ist mit ihrer eigenen HF-Empfangsverarbeitungsvorrichtung verbunden, wobei
die Demodulationselemente Dienstsignalen von jeder Antenne zugewiesen
werden können.
Eine derartige Diversitäts-Anordnung
ist in 7 zur Übersichtlichkeit
nicht gezeigt.
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Die
Antennen 310, 326 und 344 liefern ein Empfangssignal
jeweils an die Empfangsverarbeitungsvorrichtungen 312, 328 und 346.
Die Empfangsverarbeitungsvorrichtungen 312, 328 und 346 verarbeiten
das HF-Signal und wandeln das Signal in digitale Bits um. Die Empfangsverarbeitungsvorrichtungen 312, 328 und 346 können die
digitalen Bits auch filtern. Die Empfangsverarbeitungsvorrichtung 312 liefert
die gefilterten digitalen Bits an die Demodulationselemente 316A–316N.
Die Empfangsverarbeitungsvorrichtung 328 liefert die gefilterten
digitalen Bits an die Demodulationselemente 332A–332N. Ebenso
liefert die Empfangsverarbeitungsvorrichtung 346 die gefilterten
digitalen Bits an die Demodulationselemente 350A–350N.
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Die
Demodulationselemente werden durch die Steuervorrichtung 318 über die
Verbindung 320 gesteuert. Die Steuervorrichtung 318 weist
die Demodulationselemente 316A–316N einer der Instanzen
eines Informationssignals von derselben entfernten Einheit zu, wie
sie von der Basisstation 362 wahrgenommen wird. Die einzelnen
Instanzen des Signals können
aufgrund der Mehrweg-Charakteristiken der Umgebung erzeugt werden.
Die Demodulationselemente 316A–316N erzeugen Datenbits 322A–322N,
die in einem Symbol-Kombinierer 324 kombiniert werden.
Die Ausgabe des Symbol-Kombinierers 324 können zusammengesetzte „soft decision"-Daten sein, die
für ein
Viterbi-Decodieren geeignet sind. Die kombinierten Daten werden
von einem Decoder 314 decodiert und als Meldung 1 ausgegeben
und an die Steuervorrichtung 370 eines zellulären oder
personenbezogenen Kommunikationssystems weitergeleitet.
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Ein
Befehl zur Leistungsanpassung von der Basisstation 362 für die entfernte
Einheit wird von der Steuervorrichtung 318 aus der kombinierten
Signalstärke
aller von den Demodulationselementen 316A–316N demodulierten
Signale erzeugt. Die Steuervorrichtung 318 kann die Leistungssteuerungsinformation
an die Sendeschaltungen (nicht gezeigt) der Basisstation 362 weiterleiten,
damit sie an die entfernte Einheit weitergegeben wird.
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Die
Demodulationselemente 332A–332N werden durch
die Steuervorrichtung 334 über die Verbindung 336 gesteuert.
Die Steuervorrichtung 334 weist die Demodulationselemente 332A–332N einer
der Instanzen von Informationssignalen von derselben entfernten
Einheit zu. Die Demodulationselemente 332A–332N erzeugen
Datenbits 338A–338N,
die in einem Symbol-Kombinierer 340 kombiniert werden.
Die Ausgabe des Symbol-Kombinierers 340 können zusammengesetzte „soft decision"-Daten sein, die
für ein
Viterbi-Decodieren geeignet sind. Die kombinierten Daten werden
von einem Decoder 342 decodiert und als Meldung 2 ausgegeben
und an die Steuervorrichtung 370 eines zellulären oder
personenbezogenen Kommunikationssystems weitergeleitet.
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Ein
Befehl zur Leistungsanpassung für
die entfernte Einheit wird von der Steuervorrichtung 334 aus
der kombinierten Signalstärke
aller von den Demodulationselementen 332A–332N demodulierten Signale
erzeugt. Die Steuervorrichtung 334 kann die Leistungssteuerungsinformation
an die Sen deschaltungen (nicht gezeigt) der Basisstation 364 weiterleiten,
damit sie an die entfernte Einheit weitergegeben wird.
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Die
Demodulationselemente 350A–350N werden durch
die Steuervorrichtung 352 über die Verbindung 354 gesteuert.
Die Steuervorrichtung 352 weist die Demodulationselemente 350A–350N einer
der Instanzen von Informationssignalen von derselben entfernten
Einheit zu, wie sie von der Basisstation 368 wahrgenommen
wird. Die Demodulationselemente 350A–350N erzeugen Datenbits 356A–356N,
die in einem Symbol-Kombinierer 358 kombiniert werden.
Die Ausgabe des Symbol-Kombinierers können zusammengesetzte „soft decision"-Daten sein, die
für ein
Viterbi-Decodieren geeignet sind. Die kombinierten Daten werden
von einem Decoder 360 decodiert und als Meldung 3 ausgegeben
und an die Steuervorrichtung 370 eines zellulären oder
personenbezogenen Kommunikationssystems weitergeleitet.
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Ein
Befehl zur Leistungsanpassung für
die entfernte Einheit wird von der Steuervorrichtung 352 aus
der geschätzten
Signalstärke
aller von den Demodulationselementen 350A–350N demodulierten Signale
erzeugt. Die Steuervorrichtung 352 kann die Leistungssteuerungsinformation
an die Sendeschaltungen (nicht gezeigt) der Basisstation 368 weiterleiten,
damit sie an die entfernte Einheit weitergegeben wird.
-
Für jede entfernte
Einheit, die in dem System in einem weichen Hand-Over arbeitet,
empfängt
die Steuervorrichtung 370 eines zellulären oder personenbezogenen
Kommunikationssystems decodierte Daten von zumindest zwei Basisstationen.
In 7 zum Beispiel empfängt die Steuervorrichtung 370 eines
zellulären
oder personenbezogenen Kommunikationssystems decodierte Daten in
der Form der Meldungen 1, 2 und 3 von der gemeinsamen entfernten
Einheit jeweils von den Basisstationen 362, 364 und 368.
Die decodierten Daten können
nicht kombiniert werden, um den großen Vorteil zu liefern, der durch
Kombinieren der Daten vor dem Decodieren erzielt wird. Deswegen
kombiniert die Steuervorrichtung 370 eines zellulären oder
perso nenbezogenen Kommunikationssystems typischerweise die decodierten
Daten von jeder Basisstation nicht, sondern wählt stattdessen eine der drei
decodierten Datenmeldungen 1, 2 oder 3, die den höchsten Signalqualitätsindex
hat, und verwirft die anderen beiden. In 7 führt eine
Auswahlvorrichtung 372 den Auswahlvorgang auf einer Rahmen-per-Rahmen-Basis durch
und liefert das Ergebnis an einen Vocoder oder an eine andere Datenverarbeitungseinheit.
Weitere Information zu dem Auswahlvorgang ist in dem U.S. Patent
Nr. 6,222,830 mit dem Titel „Communication System
Using Repeated Data Selection" zu
finden, das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurde.
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Ein
Grund, warum die von den Symbol-Kombinierern 324, 340 und 358 ausgegebenen
kombinierten, aber nicht decodierten Daten nicht jeweils von den
Basisstationen 362, 364 und 368 zu der Steuervorrichtung 370 gesendet
werden, liegt darin, dass der Demodulationsvorgang Daten mit einer sehr
hohen Rate erzeugt. Ein großer
Block von Daten wird in dem Decodierungsvorgang verwendet, um das
decodierte Symbol zu erzeugen. Das Verhältnis der Menge von Daten,
die zum Decodieren eines Datensymbols erforderlich sind, und der
Menge von Daten, um ein decodiertes Symbol und einen Qualitätsindex
zu spezifizieren, kann bis zu 1000 zu 1 betragen. Zusätzlich zu
der Komplexität
ist die innewohnende Verzögerung
beim Transportieren derartig großer Mengen von Daten untragbar,
außer
es wird eine Verbindung mit sehr hoher Geschwindigkeit verwendet.
Somit wird das Verbindungssystem zwischen den Hunderten von Basisstationen
in dem System (von denen die meisten in 7 nicht
gezeigt werden) und der System-Steuervorrichtung 370 um
einiges vereinfacht, wenn statt der nicht decodierten Daten, die
für eine
Kombination geeignet sind, nur die decodierten Daten und Qualitätsanzeigen
gesendet werden.
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Neben
der Komplexität
bei der Übertragung der
großen
Menge von Daten, die bei kombinierten, aber nicht decodierten Daten
auftritt, sind auch die Kosten untragbar. Typischerweise befinden
sich die Basisstationen eines Systems entfernt von der Steuervorrichtung
des Systems. Der Weg von den Basisstationen zu der Steuervorrichtung
des Systems weist typischerweise eine gemietete Leitung auf, wie eine
T1-Schnittstellenleitung. Die Kosten derartiger Leitungen werden
größtenteils
von der Menge der Daten bestimmt, die sie übertragen. Somit kann ein Erhöhen der
Menge von Daten, die von den Basisstationen an die Steuervorrichtung
des Systems übertragen
werden, sowohl hinsichtlich der Kosten untragbar als auch technisch
schwierig sein.
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In
einem nicht optimalen System kann das unter Bezugnahme auf 7 beschriebene
Auswahlverfahren eines weichen Hand-Overs direkt auf eine Basisstation
mit Sektoren angewendet werden, indem jeder Sektor einer gemeinsamen
Basisstation als eine getrennte unabhängige Basisstation behandelt
wird. Jeder Sektor der Basisstation kann Mehrweg-Signale von einer
gemeinsamen entfernten Einheit kombinieren und decodieren. Die decodierten Daten
können
direkt von jedem Sektor der Basisstation an die Steuervorrichtung
eines zellulären
oder personenbezogenen Kommunikationssystems gesendet werden, oder
sie können
an der Basisstation verglichen und ausgewählt werden und das Ergebnis kann
an die Steuervorrichtung eines zellulären oder personenbezogenen
Kommunikationssystems gesendet werden. Ein sehr viel vorteilhafteres
Verfahren der Handhabung eines Hand-Overs zwischen Sektoren einer
gemeinsamen Basisstation ist, ein weicheres Hand-Over zu verwenden, wie in dem oben erwähnten U.S.
Patent Nr. 5,625,876 beschrieben wird. Schaltungen zum Vorsehen
eines weicheren Hand-Overs werden in Verbindung mit 8 beschrieben.
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In 8 ist
jede der Antennen 222A–222C die
Empfangsantenne für
einen Sektor und jede der Antennen 230A–230C die Sendeantenne
für einen Sektor.
Die Antenne 222A und die Antenne 230A entsprechen
einem gemeinsamen Abdeckbereich und können Idealerweise dasselbe
Antennenmuster haben. Desgleichen entsprechen die Antennen 222B und 230B und
die Antennen 222C und 230C jeweils gemeinsamen
Abdeckbereichen. 8 stellt eine typische Basisstation
dar, da die Antennen 222A–222C überlappende
Abdeckbereiche aufweisen, so dass ein Signal einer einzelnen ent fernten
Einheit gleichzeitig an mehr als einer Antenne vorhanden sein kann.
Die Antennen 222A–222C können Antennenmuster
liefern, wie in 5 gezeigt, oder eine oder mehrere
der Antennen 222A–222C können verteilte Antennen
sein.
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Wiederum
unter Bezugnahme auf 8, die Antennen 222A, 222B und 222C liefern
das empfangene Signal an die jeweiligen Empfangsverarbeitungsvorrichtungen 224A, 224B und 224C.
Die Empfangsverarbeitungsvorrichtungen 224A, 224B und 224C verarbeiten
das HF-Signal und wandeln das Signal in digitale Bits um. Die Empfangsverarbeitungsvorrichtungen 224A, 224B und 224C können die
digitalen Bits filtern und die resultierenden digitalen Bits an
einen Schnittstellen-Anschluss 226 liefern. Der Schnittstellen-Anschluss 226 kann
jeweils einen der drei ankommenden Signalwege mit jeweils einem
der Demodulationselemente 204A–204N unter der Steuerung
einer Steuervorrichtung 200 über die Verbindung 212 verbinden.
-
Die
Demodulationselemente 204A–204N werden durch
die Steuervorrichtung 200 über die Verbindung 212 gesteuert.
Die Steuervorrichtung 200 weist die Demodulationselemente 316A–316N einer
der Instanzen von Informationssignalen von einer einzelnen entfernten
Einheit von einem der Sektoren zu. Die Demodulationselemente 204A–204N erzeugen
Datenbits 220A–220N,
von denen jedes Bit eine Schätzung
der Daten von der einzelnen entfernten Einheit darstellt. Die Datenbits 220A–220N werden
in einem Symbol-Kombinierer 208 kombiniert, um eine einzelne
Schätzung
der Daten von der entfernten Einheit zu erzeugen. Die Ausgabe des
Symbol-Kombinierers 208 können zusammengesetzte „soft decision"-Daten sein, die
für ein
Viterbi-Decodieren geeignet sind. Die kombinierten Symbole werden
an einen Decoder 228 weitergegeben.
-
Die
Demodulationselemente 204A–204N liefern über die
Verbindung 212 auch mehrere Ausgabe-Steuersignale an die
Steuervorrichtung 200. Die an die Steuervorrichtung 200 geleitete
Information umfasst eine Schätzung
der Signalstärke
des einem bestimmten Demodulationselement zugewiesenen Signals.
Jedes der Demodulationselemente 204A–204N misst eine Signalstärkeschätzung des Signals,
das es demoduliert, und liefert die Schätzung an die Steuervorrichtung 200.
-
Es
ist zu beachten, dass der Symbol-Kombinierer 208 Signale
von nur einem Sektor kombinieren kann, um eine Ausgabe zu erzeugen,
oder er kann Symbole von mehreren Sektoren kombinieren, wie von
dem Schnittstellen-Anschluss 226 gewählt wird. Ein
einzelner Befehl zur Leistungssteuerung wird von der Steuervorrichtung 200 aus
den geschätzten
Signalstärken
von allen Sektoren erzeugt, über
die das Signal empfangen wurde. Die Steuervorrichtung 200 kann
die Information zur Leistungssteuerung an die Sendeschaltungen jedes
Sektors der Basisstation weiterleiten. Somit überträgt jeder Sektor in der Basisstation
dieselbe Leistungssteuerungsinformation an eine einzelne entfernte
Einheit.
-
Wenn
der Symbol-Kombinierer 208 Signale von einer entfernten
Einheit kombiniert, die über mehr
als einen Sektor kommuniziert, befindet sich die entfernte Einheit
in einem weicheren Hand-Over. Die Basisstation kann die Ausgabe
des Decoders 228 an eine Steuervorrichtung eines zellulären oder
personenbezogenen Kommunikationssystems senden. In der Steuervorrichtung
eines zellulären
oder personenbezogenen Kommunikationssystems können Signale von dieser Basisstation
und von anderen Basisstationen, die der entfernten Einheit entsprechen, verwendet
werden, um eine einzige Ausgabe unter Verwendung des oben beschriebenen
Auswahlvorgangs zu erzeugen.
-
Der
in 8 gezeigte Sendevorgang empfängt eine Meldung für eine entfernte
Einheit von dem Endbenutzer über
die Steuervorrichtung eines zellulären oder personenbezogenen
Kommunikationssystems. Die Meldung kann über eine oder mehrere der Antennen 230A–230C gesendet
werden. Ein Schnittstellen-Anschluss 236 verbindet die
Meldung für
die entfernte Einheit mit einem oder mehreren der Modulationselemente 234A–234C,
wie von der Steuervorrichtung 200 gesetzt. Die Modulationselemente 234A–234C modulieren
die Meldung für
die entfernte Einheit mit dem geeigneten PN-Code. Die modulierten Daten von den
Modulationselementen 234A–234C werden an die
jeweiligen Sendeverarbeitungsvorrichtungen 232A–232C geleitet.
Die Sendeverarbeitungsvorrichtungen 232A–232C wandeln die
Meldung in eine HF-Frequenz um und senden das Signal mit einem geeigneten
Signalpegel über die
jeweiligen Antennen 230A–230C. Es ist zu beachten,
dass der Schnittstellen-Anschluss 236 und der Schnittstellen-Anschluss 226 dahingehend
unabhängig
voneinander arbeiten, dass ein Empfang eines Signals von einer bestimmten
entfernten Einheit über
eine der Antennen 222A–222C nicht
unbedingt bedeutet, dass die entsprechende Sendeantenne 230A–230C ein
Signal zu der bestimmten entfernten Einheit sendet. Es ist auch
zu beachten, dass der über
jede Antenne gesendete Befehl zur Leistungssteuerung derselbe ist,
somit eine Sektor-Diversität von
einer gemeinsamen Basisstation für
das optimale Leistungssteuerungsverhalten nicht kritisch ist. Diese
Vorteile werden zum Vorteil des Systems in den oben erwähnten U.S.
Patenten Nr. 5,864,760 und Nr. 6,157,668 über einen als gesteuertes Senden (transmit
gating) bezeichneten Vorgang weiter ausgenutzt.
-
Es
ist die erhöhte
Flexibilität
der Ressourcen der Basisstationen zu beachten. Werden 7 und 8 verglichen,
ist die Flexibilität
offensichtlich. Angenommen, dass in den drei in 7 dargestellten Basisstationen
die Basisstation 362 stark mit Signalen belastet ist, derart,
dass die Anzahl der ankommenden Signal größer ist als die Anzahl, welche
die Demodulationselemente handhaben können. Die Tatsache, dass die
Basisstation 364 leicht belastet ist und nicht benutzte
Demodulationselemente hat, hilft der Basisstation 362 nicht.
In 8 kann jedoch jedes Demodulationselement einem
einer Vielzahl von Sektoren zugewiesen werden, wodurch eine Zuweisung
von Ressourcen zu dem am stärksten
belasteten Sektor möglich
ist.
-
In
den Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung gibt es nur eine zentralisierte Basisstation
an dem Kopfende 40 (siehe 2). Somit
können
alle Demodulationselemente in dem System als in derselben Weise
nah ver wandt betrachtet werden, wie die Sektoren des standardmäßigen Systems.
Signale von jeder RAD können
vor einem Decodieren mit einem Signal von jeder anderen RAD kombiniert werden,
wodurch eine verbesserte Systemleistung erbracht wird. In der idealsten
Konfiguration ist der Auswahl-Vorgang
beseitigt und ein weicheres Hand-Over kann über den gesamten Abdeckbereich des
Systems vorgesehen werden. Es ist zu beachten, dass es im Interesse
einer vereinfachten Architektur vorteilhaft sein kann, die Verbindung
(interconnectivity) zwischen den Demodulationselementen zu begrenzen
und eine Auswahl zu verwenden, um manchmal einige Signale zu kombinieren.
-
Zusätzlich zu
den vielen Vorteilen eines Vorsehens eines weicheren Hand-Overs über ein
System hinweg, macht es die extreme Flexibilität eines derartigen Systems
einfach, mit dem ersten Einsatz eines Systems zu beginnen und das
System zu rekonfigurieren, um auf Veränderungen in dem System zu
reagieren. Die Flexibilität
kommt aus der Tatsache, dass in einem wie hier beschriebenen System jede
RAD entweder als ein Knoten einer verteilten Antenne oder als ein
unabhängiger
Sektor arbeiten kann und, dass die Rolle der RAD einfach, schnell und
aus der Entfernung von dem Kopfende 40 verändert werden
kann.
-
9A ist
eine beispielhafte spektrale Verteilung auf der Stromabwärtsverbindung
der Kabelanlage. Da herkömmlichen
Fernsehkanälen
in der Kabelanlage 6 MHz Bandbreite zugeteilt werden, verwendet
die Vorwärtsverbindungs-Signalisierung in
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
Frequenzblöcke
mit 6 MHz. Ebenfalls weist eine typische Basisstation drei Sektoren
auf. Um somit mit der herkömmlichen
zellulären
Einrichtung übereinzustimmen,
wird die Frequenz unter Bezugnahme auf drei zusammengehörige Sektoren
zugeteilt. Offensichtlich sind viele andere Frequenzverteilungen
und Zuweisungen von Ressourcen für
die Konzepte der vorliegenden Erfindung gut geeignet. In 9A wird
die CDMA-Wellenform für
drei Sektoren gezeigt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die CDMA-Wellenform
für jeden
Sektor ungefähr
1.25 MHz breit. Ebenso in 9A wird
das RAD- Referenzsignal
gezeigt, das von der RAD überwacht
wird, die einen der drei gezeigten Sektoren überträgt. Der scharfe SAW-Filter
in den RADs kann die anderen CDMA-Wellenformen und das RAD-Referenzsignal
an der RAD auf einen ausreichenden Pegel derart unterdrücken, dass
nur das gewünschte
Signal über
die drahtlose Verbindung an die entfernten Einheiten gesendet wird.
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9B ist
eine beispielhafte spektrale Verteilung auf der Stromaufwärtsverbindung
der Kabelanlage. Die Rückwärtsverbindungs-Signalisierung
ist durch die herkömmliche
Stromaufwärts-Spektrum-Frequenz-Zuweisung
weniger eingezwängt.
In der in 9B gezeigten Zuweisung wird
angenommen, dass zumindest einige der RADs mit Alpha- und Beta-Diversitäts-Antennen
ausgestattet sind, wie die in 4 gezeigte
beispielhafte RAD. Deswegen ist eine Zuweisung einer größeren Stromaufwärts-Bandbreite
erforderlich, um die drei Sektoren zu bedienen. In der in 9B gezeigten
beispielhaften Konfiguration werden, wie gezeigt, 13 MHz zugewiesen,
wobei ein Teil des Spektrums dem RAD-eindeutigen Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal zugewiesen
wird.
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Wie
aus 9A und 9B zu
sehen ist, werden die Sektorsignale mit einem Frequenzmultiplexverfahren
auf das Kabel aufgebracht. Eine RAD kann über das RAD-Referenzsignal
angewiesen werden, ihre PLLs derart einzustellen, dass die Sektor-1-Frequenz
von der RAD übertragen
wird, und derart, dass die RAD ihr empfangenes Signal an die Sektor-Eins-Alpha-
und die Sektor-Eins-Beta-Frequenzen
liefert. Eine zweite RAD mit einem benachbarten Abdeckbereich kann
angewiesen werden, ebenso den Sektor 1 zu senden und zu empfangen. Somit
verhält
sich die zweite RAD, als ob sie eine weitere Antenne in einer verteilten
Antennenkonfiguration mit der ersten RAD wäre. Dies trifft in jedem Fall
zu, ob die ersten und zweiten RADs mit demselben oder unterschiedlichen
Faserknoten (zum Beispiel die Faserknoten 20A–20I von 2)
verbunden sind oder nicht. In diesem Fall führt eine von dem Abdeckbereich
der ersten RAD zu dem Abdeckbereich der zweiten RAD gehende entfernte
Einheit überhaupt
keinen Hand-Over durch. Die Verarbeitung sowohl der entfernten Einheit
als auch der Basisstation nimmt die Änderung der Abdeckbereiche
einfach als Erzeugung einer neuen Mehrweg-Ausbreitung wahr.
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Alternativ
kann die zweite RAD über
das RAD-Referenzsignal angewiesen werden, ihre PLLs derart einzustellen,
dass die Sektor-2-Frequenz von der RAD übertragen wird, und derart,
dass die RAD ihr empfangenes Signal an die Sektor-Zwei-Alpha- und
die Sektor-Zwei-Beta-Frequenzen liefert. In diesem Fall führt, wenn
sich eine entfernte Einheit von dem Abdeckbereich der ersten RAD
zu dem Abdeckbereich der zweiten RAD bewegt, die entfernte Einheit
einen Hand-Over, wie oben beschrieben, durch. Abhängig von
der Konfiguration der Basisstation führt die Basisstation einen
weichen oder einen weicheren Hand-Over der entfernten Einheit durch.
Typischerweise werden der weiche und der weichere Hand-Over aus
der Sicht der entfernten Einheit als gleich wahrgenommen.
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10 stellt
ein beispielhaftes Blockdiagramm einer Basisstation dar. Insbesondere
zeigt 10 die Basisstation 44 von 2 im
Detail. Die Basisstation 44 empfängt eine Eingabe von den „optische-in-elektrische
Signale"-Wandlern 18A–18I.
In dem allgemeinsten Fall kann jeder der „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18A–18I Signale
für jeden
von K verschiedenen Sektoren, die von der Basisstation 44 unterstützt werden,
enthalten. Eine duale Bank von Abwärtswandlern 410A–410N ist über eine
Verbindung 414 mit den „optische-in-elektrische Signale"-Wandlern 18A–18I gekoppelt.
Die duale Eigenschaft der Abwärtswandler 410A–410N spiegelt
die Tatsache wider, dass die Faserstränge sowohl einen Alpha- als
auch einen Beta-Diversitäts-Empfang
enthalten können.
Gibt es einige RADs, die keinen Diversitäts-Empfang vorsehen, müssen einige
der Abwärtswandler
nicht dual sein. In dem allgemeinsten Fall kann die Verbindung 414 jeden
der „optische-in-elektrische
Signale"-Wandler 18A–18I mit
jedem Abwärtswandler
der dualen Bank von Abwärtswandlern 410A–410N verbinden
und kann Signale von zwei oder mehreren „optische-in-elektrische Signale"-Wandlern 18A–18I kombinieren.
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Unter
Bezugnahme auf 9B ist es offensichtlich, dass,
um jedes Signal von jedem ankommenden Sektor auf eine gemeinsame
ZF-Frequenz abwärtszuwandeln,
es keine Eins-zu-Eins-Entsprechung (one-to-one correspondence) zwischen
den Abwärtswandlern
und den „optische-in-elektrische Signale"-Wandlern gibt. Wenn
zum Beispiel der „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18A nur
die Signale liefert, die den drei in 9B gezeigten
Sektoren entsprechen, muss es sechs verschiedene Abwärtswandler
geben – einer
entsprechend jedem Sektor der Sektoren 1-Alpha, 1-Beta, 2-Alpha, 2-Beta,
3-Alpha und 3-Beta –,
die ein Signal von dem „optische-in-elektrische
Signale"-Wandler 18A empfangen.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
können,
wenn der „optische-in-elektrische
Signale"-Wandler 18A und
der „optische-in-elektrische
Signale"-Wandler 18B jeweils
Signale übertragen,
die dem Sektor 1-Alpha auf derselben Frequenz entsprechen, diese
Signale vor einer Abwärtswandlung
in der Verbindung 414 kombiniert werden.
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In
dem allgemeinsten Fall bedeutet die Tatsache, dass ein bestimmter
Sektor der von der Basisstation 44 unterstützten K
verschiedenen Sektoren auf einer ersten Frequenz auf einer ersten
Faser der Fasern in der Kabelanlage übertragen wird, nicht notwendigerweise,
dass andere Fasern denselben Sektor auf der ersten Frequenz übertragen.
Somit ist sogar in einem System mit so wenigen wie drei Sektoren
und mit der Fähigkeit,
Signale mit HF in der Verbindung 414 zu kombinieren, mehr
als ein Zwei-zu-Eins-Verhältnis
zwischen der Anzahl unterstützter
Sektoren (K) und der Anzahl von Abwärtswandlern in der dualen Bank
(N) erforderlich. Wenn zum Beispiel der „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18A den
in 9B gezeigten Satz von drei Sektoren überträgt, der
um 12 MHz zentriert ist, und der „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18B den
in 9B gezeigten Satz von drei Sektoren überträgt, der
um 25 MHz zentriert ist, sind 12 verschiedene Abwärtswandler
erforderlich, um die drei Sektoren zu bedienen.
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Die
duale Bank von Abwärtswandlern 410A–410N liefert
eine Abwärtswandlung
und ein Filtern der ankommenden Signale. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das von jeder der dualen Bank von Abwärtswandlern 410A–410N ausgegebene
Signal eine gemeinsame ZF-Frequenz.
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Parallel
zu der dualen Bank von Abwärtswandlern 410A–410N befinden
sich Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal-Prozessoren 412A–412M.
Die Verbindung 414 sieht auch eine Verbindung zwischen
dem Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal
(wie beispielhaft in 9B gezeigt) von den „optische-in-elektrische
Signale"-Wandlern 18A–18I zu
den Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal-Prozessoren 412A–412M vor.
Das Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal
von jeder RAD muss in der Basisstation 44 noch immer getrennt
analysiert werden und somit ist die Anzahl der Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal-Prozessoren
(M) nicht von der Anzahl der dualen Abwärtswandler (N) festgelegt.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
muss das Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal
nur periodisch statt kontinuierlich überwacht werden. Zum Beispiel kann
jedem Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal-Prozessor 412A–412M zugewiesen
werden, bis zu 12 verschiedene Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignale gleichzeitig durch aufeinander
folgendes Messen des Leistungspegels in jedem Signal zu überwachen.
In einem derartigen Fall kann die tatsächliche Anzahl von Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal-Prozessoren (M) verringert werden.
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Die
Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal-Prozessoren 412A–412M messen
die Amplitude des Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignals
jeder RAD. Die Messung des Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignals liefert
eine Schätzung
der relativen Amplitude der Stromaufwärts-Signale. Das Ergebnis der
Messungen wird über
eine Verbindung 408 an eine Kommunikationssteuervorrichtung 430 der
Kabelanlage berichtet. Eine Meldung wird über das RAD-Referenzsignal
an die entsprechende RAD zurückgesendet,
das die RAD anweist, den Pegel der von ihr gelieferten Stromaufwärts-Signale zu erhöhen oder
zu verringern. Somit werden die von jeder RAD ausgegebenen relativen
Signalpegel derart gesteuert, dass die Signale in der Kabelanlage
oder in der Basisstation 44 passend kombiniert werden können. Die
Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal-Prozessoren 412A–412M können auch
andere Funktionen vorsehen, wie ein Überwachen von Meldungen von
den RADs oder eine Fehlerverwaltung.
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Die
Verbindung 408 führt
eine Verbindung zwischen der dualen Bank von Abwärtswandlern 410A–410N und
einer dualen Bank von Summierern 407A–407K durch. Die duale
Bank von Summierern 407A–407K summiert die
Ausgabe von jedem der Abwärtswandler 410A–410N,
die demselben Sektor entsprechen.
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Zusätzlich zu
der Tatsache, dass die Stromaufwärts-Leistung
von jeder RAD relativ zu den anderen gesteuert werden muss, damit
ein effektives Kombinieren erreicht werden kann, muss das Kopfende 40 auch
den absoluten Pegel des Stromaufwärts-Signals regulieren. Wie
oben angemerkt, ist eines der besonderen Probleme der Verwendung
einer Kabelanlage zur Verteilung von Signalen einer personenbezogenen
Kommunikation das Vorhandensein von eindringenden Signalen. Das
CDMA-System des bevorzugten Ausführungsbeispiels
ist an sich tolerant gegenüber
den nachteiligen Effekten von sogar relativ großen Störern (jammer), die in der drahtlosen Umgebung
auftreten, und gegenüber
in der Kabelanlage auftretenden, eindringenden Signalen aufgrund von
sowohl der Breitband-Eigenschaft des Informationssignals als auch
des in dem System eingesetzten Rückwärtsverbindungs-Leistungssteuerungsmechanismus.
Der Steuerungsmechanismus der Rückwärtsverbindungs-Leistung
steuert das Rückwärtsverbindungssignal
auf einen sehr begrenzten dynamischen Bereich, wie er von den RADs
empfangen wird. Jede entfernte Kommunikationseinheit stellt ihre
Sendeleistung derart ein, dass die RAD das Signal der entfernten
Einheit mit dem gleichen Pegel empfängt, unabhängig von der Entfernung zwischen der
entfernten Einheit und der RAD. Da die Rückwärtsverbindungs-Leistung einen
relativ niedrigen dynamischen Bereich hat, kann das Stromaufwärts-Signal
der Kabelanlage einen gleichbleibend hohen Arbeitspunkt des Leistungspegels
in der Kabel anlage haben und liefert somit beständige Vorteile gegenüber eindringende
Signale mit niedrigerem Leistungspegel.
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Es
ist jedoch auch wichtig, dass der Arbeitspunkt der Stromaufwärtsverbindung
niedrig genug bleibt, um die „elektrische-in-optische"-Wandler und andere
Vorrichtungen auf dem Weg nicht zu überlasten. Der Arbeitspunkt
der Rückwärtsverbindungs-Stromaufwärts-Signale
muss ebenfalls niedrig genug sein, um keine Verschlechterung der
anderen Stromaufwärts-Signale
der Kabelanlage zu verursachen, wie eine von den Kabelfernsehteilnehmern kommende
Signalisierung für
eine Anzeige bei „Bezahlen
bei Betrachtung" („pay per
view"). Somit muss das
Kopfende 40 auch den absoluten Pegel der Stromaufwärts-Signale
in der Kabelanlage ansprechen.
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Unter
Verwendung der in 10 gezeigten Architektur existieren
zahlreiche Verfahren, durch die der absolute Pegel gesteuert werden
kann. Es ist zu beachten, dass das Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal das Kopfende 40 mit
demselben Pegel erreicht, ungeachtet des von der entsprechenden
RAD empfangenen tatsächlichen
Signalpegels. Deswegen muss ein anderen Verfahren verwendet werden,
durch das die gesamte Leistung bestimmt wird. In einem Verfahren
berichtet jeder aktive Abwärtswandler
der dualen Bank von Abwärtswandlern 410A–410N der
Kommunikationssteuervorrichtung 430 der Kabelanlage den
absoluten Pegel der Signale, die er empfängt. Als Antwort darauf kann
die Kommunikationssteuervorrichtung 430 der Kabelanlage
jede RAD anweisen, den Signalpegel, mit dem sie das Stromaufwärts-Signal
liefert, zu erhöhen
oder zu verringern.
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Die
Ausgabe jedes Summierers der dualen Bank von Summierern 407A–407K wird
an eine entsprechende Einheit einer dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische
Verstärkungsregelung
(AGC – automatic
gain control) geliefert. Jede Einheit einer dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische
Verstärkungsregelung
sieht eine ZF-Signalverarbeitung,
wie Filtern, vor. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gibt die duale
Bank von Abwärtswandlern 410A–410N analoge
Signale aus, die von der analogen dualen Bank von Summierern 407A–407K kombiniert
werden. Das kombinierte analoge Signal wird in der dualen Bank von
Einheiten 406A–406K für eine automatische
Verstärkungsregelung
in ein digitales Signal umgewandelt. Damit die Analog-Digital-Wandler
(A/D converter – analog
to digital converter) richtig arbeiten, muss die Amplitude des in
die Analog-Digital-Wandler eingegebenen analogen Signals sorgfältig gesteuert
werden. Die Funktion der automatischen Verstärkungsregelung der dualen Bank
von Einheiten 406A–406K für eine automatische
Verstärkungsregelung
ist der Vorgang des Setzens des kombinierten analogen Signals auf den
zur Umwandlung geeigneten Pegel und betrifft die Leistungsregelung
der Kabelanlage nicht. Alternativ können sich die A/D-Wandler in
einem Modem 400 befinden.
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Die
Modem-Bank 400 ist über
eine Verbindung 404 mit der dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische
Verstärkungsregelung
verbunden. Die Modem-Bank 400 umfasst eine Vielzahl von
digitalen Baugruppen (digital shelves) 402. Jede digitale
Baugruppe besteht aus einer Bank von Kanalelementmodems. Die Kanalelementmodems
führen
die Funktionen der Demodulationselemente (wie die Demodulationselemente 204A–204N von 8)
durch. In dem allgemeinsten Fall kann jedes Demodulationselement
in der Modem-Bank 400 einem der Sektorsignale zugewiesen sein,
die von jeder Einheit der dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische
Verstärkungsregelung
kommen.
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12 ist
ein teilweises Blockdiagramm eines der Kanalelementmodems in den
digitalen Baugruppen 402 unter Verwendung derselben Nummerierung
für zu
den Elementen von 8 gleichen Elementen. Das in 12 gezeigte
Kanalelementmodem wird verwendet, um Signale zu verarbeiten, die zu
einer entfernten Einheit gehören.
In dem idealsten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann jedes der
Demodulationselemente 204A–204N zugeordnet werden,
ein Mehrweg-Signal von einer Einheit der dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische
Verstärkungsregelung über die
Verbindung 404 zu demodulieren. Somit kann mehr als eines
der Demodulationse lemente 204A–204N derselben Einheit
der dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische
Verstärkungsregelung
zugewiesen werden, wenn mehr als ein verwendbares Mehrweg-Signal
von derselben Einheit der dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische
Verstärkungsregelung
empfangen wird. Ebenso kann eines der Demodulationselemente 204A–204N einer anderen
Einheit der dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische
Verstärkungsregelung
zugewiesen werden, wenn das Signal der entfernten Einheit auf zwei
getrennten nicht zusammengeführten
Wegen über
die Kabelanlage empfangen wird. Es ist zu beachten, dass die Ausgabe
jedes der Demodulationselemente 204A–204N in dem Symbol-Kombinierer 208 kombiniert
wird, gewichtet gemäß der Signalqualität, unabhängig davon,
welche Einheit der dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische
Verstärkungsregelung
das Signal liefert, und der Vorgang der Auswahl überflüssig wird, wodurch ein weicher
Hand-Over über den
gesamten Abdeckbereich hinweg geschaffen wird.
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12 zeigt
auch den Modulationsteil eines der Kanalelementmodems in einer der
digitalen Baugruppen 402. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird das Vorwärtsverbindungs-Verkehrskanalsignal
durch die Pilotsequenz vor einer Übertragung moduliert. Wenn
das erzeugte Vorwärtsverbindungssignal
von zwei RAD-Einheiten geliefert werden soll, die in Verbindung
mit verschiedenem Versatz des Pilotsignals arbeiten, muss das Vorwärtsverbindungssignal
von zwei unterschiedlichen Modulationselementen erzeugt werden.
Eine Modem-Bank-Steuervorrichtung 237 führt analoge Steuerungsfunktionen zu
der Steuervorrichtung 200 von 8 über einen Bus 237 durch.
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Die
Verbindung 414, die Verbindung 404, die Verbindung 426 und
die Verbindung 408 können
Idealerweise jeden der Eingänge
mit jedem der Ausgänge
verbinden. Besonders in sehr großen Systemen können tatsächliche
praktische Implementierungen die Verbindungsfähigkeit aufgrund von finanziellen, räumlichen
oder anderen praktischen Gründen
einschränken.
Zum Beispiel kann es von Vorteil sein, die Verbindungsfähigkeit
derart einzu schränken,
dass ein erster Satz von „optische-in-elektrische
Signale"-Wandlern mit einem
ersten Satz von Abwärtswandlern
gekoppelt werden kann, aber nicht mit einem zweiten Satz von Abwärtswandlern
gekoppelt werden kann. Die Verbindungskonfigurationen der Verbindung 414,
der Verbindung 408, der Verbindung 426 und der
Verbindung 404 sind dynamisch steuerbar von der Kommunikationssteuervorrichtung 430 der
Kabelanlage. (Zur Übersichtlichkeit
sind in 10 einige Verbindungen nicht
gezeigt).
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Die
Sendesignale werden in den digitalen Baugruppen 402 erzeugt.
Für jeden
aktiven Sektor wird ein kompletter Satz von Signalen, der einen
Pilotkanal, einen Synchronisationskanal, Funkruf(paging)kanäle und alle
Verkehrskanäle
(d. h. die Mobilgerät-spezifische
Kommunikation) aufweist, von den digitalen Baugruppen 402 ausgegeben
und in die Verbindung 404 eingegeben. Jedes von der Modem-Bank 400 ausgegebene
Sektorsignal wird von zumindest einem der Aufwärtswandler 422A–422P aufwärtsgewandelt.
Wenn das Sektorsignal auf mehreren Strängen mit verschiedenen Frequenzen übertragen
werden soll, wird das Sektorsignal an mehr als einen der Aufwärtswandler 422A–422P geliefert.
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Für jedes
Sektorsignal wird eine digitale Anzeige des gewünschten Sendesignalpegels an
einen oder mehrere RAD-Referenz-Generator(en) 420A–420L gesendet.
Jeder Strang, der ein Sektorsignal überträgt, muss auch ein entsprechendes RAD-Referenzsignal übertragen,
das die Stromabwärts-Leistungssteuerungsinformation,
die Stromaufwärts-Leistungssteuerungsinformation
und jede andere Steuerungsinformation liefert, die den RADs auf
dem Strang entspricht, die eines der Sektorsignale überwachen.
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Wenn
in einem alternativen Ausführungsbeispiel
keine digitale Anzeige des gewünschten
Sendesignalpegels von den digitalen Baugruppen 402 erzeugt
wird, kann vor den Aufwärtswandlern 422A–422P eine
Schaltung zur Leistungsüberwachung
hinzugefügt
werden, welche die Leistung in den ankommenden Sektorsignalen messen
würde. Der
gemessene Leistungspegel würde
direkt oder indirekt an den geeigneten der RAD-Referenz-Generatoren 420A–420L berichtet,
der auf den gemessenen Wert auf die gleiche Weise reagieren würde, wie
er in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
auf die digitale Anzeige des gewünschten
Sendesignalpegels reagiert.
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Wenn
ein einzelner Strang drei verschiedene Sektorsignale an die RADs
auf demselben wie in 9A gezeigten Strang liefert,
werden drei unterschiedliche digitale Anzeigen des gewünschten
Sendesignalpegels an einen einzelnen Generator der RAD-Referenz-Generatoren 420A–420L gesendet. Für jede RAD,
die das Sektorsignal auf diesem Strang überwacht, muss auch eine Stromaufwärts-Leistungssteuerungsinformation
bereitgestellt werden. Diese von den Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal-Prozessoren 412A–412M abgeleitete
Information wird von der Kommunikationssteuervorrichtung 430 der
Kabelanlage geliefert.
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Die
Verbindung 426 muss die Ausgabe von einer Vielzahl von
Aufwärtswandlern 422A–422P mit einem
oder mehreren der „elektrische-in-optische
Signale"-Wandler 16A–16I koppeln
können.
Wenn mehrere Stränge
dieselbe Sektorinformation übertragen,
die in der Kabelanlage auf derselben Frequenz übertragen wird, kann derselbe
Aufwärtswandler mehrere „elektrische-in-optische Signale"-Wandler 16A–16I ansteuern.
Wenn mehrere Sektoren auf demselben Strang übertragen werden, wie in 9A gezeigt,
ist mehr als einer der Aufwärtswandler 422A–422P mit
demselben der „elektrische-in-optische Signale"-Wandler 16A–16I gekoppelt.
Die Verbindung 426 koppelt auch das entsprechende RAD-Referenzsignal
von einem der RAD-Referenz-Generatoren 420A–420L mit
jedem der „elektrische-in-optische
Signale"-Wandler 16A–16I.
Wenn das RAD-Referenzsignal eine ausreichende Informations-Bandbreite
aufweist, um Information zur Leistungssteuerung und anderer Steuerung
zu liefern, kann dasselbe RAD-Referenzsignal mit einer Vielzahl
von „elektrische-in-optische
Signale"-Wandlern 16A–16I gekoppelt
sein. Alternativ kann ein unterschiedliches RAD-Referenzsignal für jeden
Strang erzeugt werden, auch wenn die Stränge dieselben Sektorsignale übertragen.
In einem derartigen Fall überträgt das RAD-Referenzsignal
nur Steuerungsinformation, die den RADs auf dem Strang entspricht.
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Wie
die Stromaufwärtsverbindung
muss auch der absolute Pegel der Stromabwärtsverbindung gesteuert werden.
Typische Stromabwärts-Kabelfernsehsignale
arbeiten bei ungefähr
112 dB/Hz (Dezibel/Hertz). In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
können
die CDMA-Signalpegel von diesem Pegel um ungefähr 10 dB reduziert werden,
um sicherzustellen, dass die CATV-Leistung nicht von der CDMA-Signalisierung
beeinträchtigt
wird.
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Die
Verbindung 414 verbindet die „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18A–18I auch mit
einem „Eindringen"-Prozessor (ingress
processor) 416. Die Funktionen des „Eindringen"-Prozessors 416 werden
unten detailliert beschrieben.
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In
einem typischen makrozellulären
System haben die Basisstationen keine direkte Schnittstelle mit
dem öffentlichen
Fernsprechnetz (PSTN). Typischerweise sieht eine zentralisierte
Systemsteuervorrichtung eine Steuerung über einen Satz von Basisstationen
vor. Zum Beispiel zeigt 7 die Systemsteuervorrichtung 370,
die den Auswahlvorgang für
die Basisstationen 362, 364 und 368 durchführt. In dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
kann der Auswahlvorgang wegfallen, aber es gibt andere Funktionen
der zentralisierte Steuervorrichtung, die nun an das Kopfende 40 übertragen
werden können.
Zum Beispiel liefert ein CDMA-System, das gestaltet ist gemäß dem Standard „Mobile
Station – Base
Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular
System", TIA/EIA/IS-95, im
Allgemeinen einfach als IS-95 bezeichnet, Sprachdaten, die in Rahmen
vocodiert (vocode) werden. Die Systemsteuervorrichtung 370 liefert
die Umwandlung zwischen der Pulscode-Modulations(PCM – pulse
code modulation)-Signalisierung,
die über das
PSTN verwendet wird, und den in dem CDMA-System verwendeten vocodierten Rahmen.
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In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sieht
das System sowohl eine Sprach- als auch einen Datendienstbetrieb
von den entfernten Einheiten vor. Das Kopfende muss eventuell auch
verschiedene Datendienstfunktionen be reitstellen, die typischerweise
in einem makrozellulären
System von einer Systemsteuervorrichtung durchgeführt werden.
Das Kopfende muss eventuell auch die Abrechnungsfunktionen und andere
Anrufverarbeitungsfunktionen durchführen, die normalerweise von
der Systemsteuervorrichtung gehandhabt werden. Das Kopfende kann
auch eine Vermittlungsstelle zum Schalten von Anrufen zwischen dem
CATV-System und dem PSTN aufweisen.
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Eine
Vielfalt von Architekturen und Funktionszuweisungen sind mit der
vorliegenden Erfindung vereinbar. Zum Beispiel können die traditionellen Funktionen
der Systemsteuervorrichtung einer getrennten Systemsteuervorrichtung übertragen
bleiben und das Kopfende kann als eine oder mehrere Basisstation(en)
eines größeren Systems
behandelt werden.
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Wie
oben angemerkt, wird das RAD-Referenzsignal durch die RADs auf drei
Arten verwendet. Erstens soll das RAD-Referenzsignal digitale Information
an die RAD transportieren. Zweitens wird es als eine Frequenzreferenz
innerhalb der RAD verwendet. Drittens wird das RAD-Referenzsignal
als eine Referenz verwendet, durch welche die Verstärkung der
Kabelanlage gemessen wird. Ein Verfahren, durch welches das RAD-Referenzsignal
alle drei Funktionen durchführen
kann, besteht darin, wenn das RAD-Referenzsignal ein amplitudenmoduliertes (AM – amplitude
modulated) Signal ist.
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In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
jeder RAD in einem System ihre eigene eindeutige Adresse zugewiesen.
In der Realität
ist es nur erforderlich, dass jede RAD, die ein gemeinsames RAD-Referenzsignal überwachen
soll, eine eindeutige Adresse hat und deswegen können die Adressen über das
System hinweg wiederholt werden. Bei der flexibelsten Gestaltung
sind auch die Adressen der RADs von dem Kopfende 40 aus
der Entfernung programmierbar, aber die Adresse kann auch fest in
der Hardware sein. Das RAD-Signalisierungsformat kann ein standardmäßiges Signalisierungsformat verwenden,
in dem jede RAD das RAD-Referenzsignal auf ihre eigene Adresse hin überwacht.
Wenn die auf dem RAD-Referenzsignal übertragene Adresse der RAD-Adresse
oder einer allgemeinen Adresse entspricht, deco diert die RAD die
darauf folgende Meldung und reagiert darauf, wenn erforderlich. Wenn
die Adresse nicht der RAD-Adresse oder einer allgemeinen Adresse
entspricht, ignoriert die RAD einfach die darauf folgende Meldung,
fährt aber
fort, das RAD-Referenzsignal zu überwachen.
Die von dem RAD-Referenzsignal
erforderliche erwartete Signalrate beträgt nur etwa 300 Bit pro Sekunde
(bps), aber eine standardmäßige Modem-Rate
von 9.6 kilobps (kbps) oder 19.2 kilobps kann einfach verwendet
werden.
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Die
zweite Verwendung des RAD-Referenzsignals ist als eine Frequenzreferenz
für den
PLL (Phasenregelkreis) in der RAD. Das RAD-Referenzsignal wird auch
als eine Frequenzreferenz für
den RAD-Takt verwendet, um den Datentransfer zu synchronisieren.
Als ein AM-moduliertes Signal bleibt die Frequenz des Signals über die
Zeit konstant und das Signal kann fast direkt als eine Referenz
verwendet werden. Zusätzlich
sollte, um eine Verzerrung der Amplituden- und Phasenmodulation
zu vermeiden, die verwendete Modulation ziemlich schnell sein und keinen
Gleichanteil (DC-Inhalt) haben. Modulationstechniken, wie eine Hilfsphasen-Modulation (split-phase
modulation) oder eine Manchester-Modulation, die „M"-förmige spektrale
Dichten liefern, können
verwendet werden, so dass sich die Verzerrung nicht nahe bei dem
Träger
befindet.
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Die
dritte Verwendung des RAD-Referenzsignals besteht darin, die Verstärkung der
Kabelanlage zwischen dem Kopfende 40 und jeder RAD zu schätzen. Das
amplitudenmodulierte Signal kann als eine Amplitudenreferenz verwendet
werden, wenn das Modulationsschema sorgfältig gestaltet wird. Zum Beispiel
sollte der AM-Modulationsindex relativ niedrig gehalten werden.
Die übertragenen
digitalen Daten sollten eine gleiche Anzahl von logischen 1 und
0 über
relativ kurze Intervalle enthalten. Es ist auch erforderlich, dass
die RADs die Leistung des RAD-Referenzsignals im Durchschnitt über eine
gewisse Zeitspanne ermitteln.
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Wie
in dem Hintergrund-Abschnitt oben erwähnt wurde, ist die Leistung
des gesamten Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signals,
das stromabwärts auf
der Kabelanlage übertragen
wird, eine Funktion der Anzahl und relativen Leistung der Signale,
die kombiniert werden, um das zusammengesetzte Vorwärtsverbindungssignal
zu erzeugen. Wegen der oben angeführten Gründe ist es auch wichtig, dass die
von jeder RAD übertragene
relative Leistung richtig gesteuert wird, so dass die Hand-Over-Grenzen zwischen
den RADs richtig abgeglichen bleiben. Ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Erzeugen eines Verstärkungssignal,
das eine geeignete zusammengesetzte Signalstärke anzeigt, wird detailliert
beschrieben in U.S. Patent Nr. 5,715,526 mit dem Titel „Apparatus
and Method for Controlling Transmission Power in a Cellular Communications
System", das dem
Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurde.
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Jeder
Sektor in dem System hat eine unabhängige zusammengesetzte Signalstärke basierend auf
der Anzahl und relativen Signalstärke jedes Signals, das er überträgt. Jedes
ein Signal erzeugende Modulationselement in den digitalen Baugruppen 402 gibt
ein digitales Signal aus, das zu den anderen Anzeigen hinzugefügt wird,
die von den Modulationselementen ausgegeben werden, die ein Signal
für denselben
Sektor erzeugen. Auf diese Weise zeigt eine zusammengesetzte Sendepegelanzeige,
die gemäß dem oben
erwähnten
U.S. Patent Nr. 5,715,526 erzeugt werden kann, die zusammengesetzte
Signalstärke
jedes Sektorsignals an, das die Modem-Bank 400 erzeugt.
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Gleichzeitig
wird das RAD-Referenzsignal zu jeder Zeit durch das Kopfende 40 mit
einem festen Pegel übertragen,
unabhängig
von der gewünschten Ausgabeleistung.
Das RAD-Referenzsignal kann als eine grobe Schätzung der Verstärkung der
Kabelanlage verwendet werden. Unter Bezugnahme wiederum auf 3,
wird, wenn die RAD Leistung ausstrahlt, die ausgegebene Leistung
von der Leistungs-Erfassungsvorrichtung 90 erfasst und
zurück an
den RAD-Mikroprozessor 88 berichtet. Der RAD-Mikroprozessor 88 vergleicht
den gemessenen Sendeleistungspegel mit dem in digitaler Form angezeigten
Pegel, der in der digitalen Information mit dem RAD-Referenzsignal empfangen
wurde. Aus dem Vergleich wird ein resultierendes Differenzsignal erzeugt,
das den Betrag darstellt, mit dem die Ausgabeleis tung verringert
oder erhöht
werden soll. Diese Leistungsregelung wird mit einer ersten Zeitkonstante
konsistent mit der Geschwindigkeit ausgeführt, mit der die Befehle zur
Leistungssteuerung von dem Kopfende 40 über das RAD-Referenzsignal
empfangen werden. Es ist zu beachten, dass jede RAD, die das diesem
Sektor entsprechende Signal ausstrahlt, dieselbe Leistungsanzeige
in der digitalen Information auf dem RAD-Referenzsignal empfängt. Da
es das Ziel der Leistungsregelungen ist, die Ausgabeleistung innerhalb
von +/–1
dB des gewünschten Ausgabepegels
zu halten, muss der erste Regelkreis eventuell sehr langsam arbeiten,
um genau die gewünschte
Ausgabeleistung zu liefern.
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Wenn
der RAD-Mikroprozessor 88 die erste Leistungsregelung ausführt, überwacht
er gleichzeitig auch den absoluten Pegel des RAD-Referenzsignals. Es ist zu beachten,
dass die Verstärkung
zwischen jeder RAD und dem Kopfende 40 verschieden ist
und etwas unabhängig
dahingehend, dass jede RAD einen eigenen Weg zu dem Kopfende 40 hat, der
anders als ist als der jeder anderen RAD. Ohne den zweiten Regelkreis
würde sich,
wenn sich die Bedingungen zwischen dem Kopfende 40 und
der RAD ändern,
die Ausgabeleistung der RAD ebenfalls ändern, bis die erste Leistungsregelung
den Pegel zurück
auf den gewünschten
Pegel bringen kann.
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Jedoch
verwenden die RADs eine zweite Leistungsregelung, um Änderungen
in der Verstärkung
der Kabelanlage zu kompensieren. Der RAD-Referenzsignalprozessor 84 überwacht
den absoluten Pegel des RAD-Referenzsignals
und vergleicht ihn mit einer festen Referenz. Das Ergebnis des zweiten
Vergleichs wird zu dem Ergebnis des Vergleichs der ersten Leistungsregelung
hinzugefügt.
Das summierte Signal wird an die Verstärkungssteuerung 72 ausgegeben,
welche die Ausgabeleistung der RAD festsetzt. Somit ändert sich,
wenn sich die Verstärkung
der Kabelanlage ändert,
auch die Verstärkung
der RAD demgemäß.
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In
anderen Ausführungsbeispielen
kann nur eine der vorherigen Verfahren zur Leistungssteuerung implementiert
werden. Derartige Modifikationen befinden sich in dem Rahmen der
vorliegenden Erfindung.
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Aus
der vorherigen Beschreibung der Vorwärtsverbindungs-Leistungssteuerung
ist offensichtlich, dass, je besser das RAD-Referenzsignal die tatsächliche
Verstärkung
oder die Veränderung
in der Verstärkung
der Kabelanlage darstellt, desto präziser arbeitet die Stromaufwärts-Leistungssteuerung.
In der Kabelanlage können
die Veränderungen
in der Verstärkung über die
Zeit eine signifikante Frequenzabhängigkeit haben. Deswegen ist,
je größer der
Frequenzversatz zwischen dem Sektorsignal und dem entsprechenden
RAD-Referenzsignal ist, die Korrelation der Veränderungen in der Verstärkung des Sektorsignals
zu den Veränderungen
in der Verstärkung
des RAD-Referenzsignals umso geringer. Unter Bezugnahme wiederum
auf 9A kann zum Beispiel die Amplitude des gezeigten
RAD-Referenzsignals
eine gute Anzeige der Amplitude von Sektor 3 liefern, während sie
eine weniger genaue Schätzung der
Amplitude von Sektor 1 liefert.
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Ein
weiterer Faktor, der aus einer Betrachtung von 9A offensichtlich
wird, ist, dass das RAD-Referenzsignal selbst eine Bandbreite besetzt, die
für andere
Zwecke verwendet werden könnte,
wie für
ein anderes Sektorsignal oder ein TV-Signal.
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Ein
Verfahren, um die Amplituden-Charakteristiken des RAD-Referenzsignals
und des Sektorsignals näher
zusammenzukoppeln, ist, das RAD-Referenzsignal
auf einer Frequenz innerhalb der CDMA-Sektorsignal-Bandbreite von 1.25
MHz zu senden. 11 zeigt ein Szenario, in dem
das RAD-Referenzsignal im Zentrum des CDMA-Sektorsignals platziert
wird. Das Vorhandensein des RAD-Referenzsignals in der CDMA-Wellenform
beeinflusst nicht weiter die Leistung des Systems. Die PN-Spreiz-Sequenz,
die in der entfernten Einheit zum Demodulieren des Sektorsignals
verwendet wird, liefert an sich eine signifikante Codierverstärkung für das CDMA-Signal
relativ zu der „Störer"-Energie des RAD-Referenzsignals.
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Ein
Platzieren des RAD-Referenzsignals im Zentrum des CDMA-Sektorsignals kann
zusätzliche Vorteile
haben gegenüber
einem Platzieren des RAD-Referenzsignals sonstwo in dem Sektorsignal. In
den entfernten Einheiten wird die CDMA-Wellenform derart in ein
Basisband umgewandelt, dass die Mittenfrequenz (center frequency)
des HF-Signals einem Gleichanteil (D. C.-Wert) in dem Basisband
entspricht. Der D. C.-Wert der analogen CDMA-Wellenform wird von
analogen Schaltungen blockiert, bevor er digital umgewandelt wird,
wodurch er einen zusätzlichen
Zurückweisungsmechanismus
für eine
Signal mit dieser Frequenz liefert.
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Eine ähnliche
Technik könnte
für das
Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal verwendet werden.
Jedoch ist diese Lösung
auf der Stromaufwärtsverbindung
weniger elegant, da die Anzahl der Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignale für jeden
Sektor ziemlich hoch sein kann, wodurch die Anzahl der Störungen proportional
erhöht
wird.
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Wie
oben angemerkt, ist die Funkfrequenz(R. F. – radio frequency)Umgebung
der Kabelanlage besonders „feindselig". Die Kabelanlage
ist sehr anfällig
für eindringende
Signale, die sich wahrscheinlich mit der Zeit entwickeln und verändern. Wie ebenfalls
oben angemerkt, sind die Eigenschaften der CDMA-Wellenform an sich
vor einer Schmalbandstörung
geschützt.
Deswegen kann, wenn sich ein Schmalbandstörer in dem Spektrum der Stromaufwärts-Sektorsignale
entwickelt, die Systemleistung etwas verschlechtert werden. Jedoch
existiert in den CDMA-Schaltungen kein wirklicher Mechanismus, um
die Ursache der Verschlechterung zu erfassen.
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Der „Eindringen"-Prozessor 416 von 10 führt diese
Funktion durch. Der „Eindringen"-Prozessor 416 untersucht
das gesamte verwendbare Spektrum in Schmalband-Stufen, um eine Datenbank
der Orte von Störern
zu erstellen. Zum Beispiel tastet der „Eindringen"-Prozessor 416 ein
125 kHz-Teil eines Spektrums über
ein Intervall von 10 Millisekunden (msec) ab. Wenn die in dieser
Bandbreite beobachtete Energie die der CDMA-Wellenform zuzu schreibende
Energie übersteigt
(die aufgrund der Breitband-Eigenschaft des CDMA-Signals und der
Schmalband-Eigenschaft der Messung relativ gering ist), registriert
der „Eindringen"-Prozessor 416 einen „Störer" auf dieser Frequenz.
Wenn die Summe der Störer-Energie
in einem der Sektorsignale einen Schwellenwert übersteigt, kann das Sektorsignal
auf eine andere Frequenz verschoben werden. Die neue Frequenz kann
derart hinsichtlich der in dem „Eindringen"-Prozessor 416 gespeicherten
Datenbank von Störern
gewählt
werden, dass das sauberste mögliche
Spektrum verwendet wird.
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Der Übergang
zu der neuen Frequenz kann einfach ohne Unterbrechung der Kommunikation
zwischen der RAD und dem Kopfende erreicht werden. Der Satz von
RADs, die Signale in der infizierten Bandbreite liefern, werden über das
RAD-Referenzsignal benachrichtigt, das Signal auf einer neuen Frequenz
zu liefern. Zum Beispiel können
in 4 entweder PLL 112 oder PLL 138 oder
beide auf eine neue Frequenz umprogrammiert werden. Am Kopfende 40 wird
eine einer dualen Bank von Abwärtswandlern 410A–410N angewiesen,
mit der Verarbeitung der an der neuen Frequenz ankommenden Signale
zu beginnen. Es ist zu beachten, dass dieser gesamte Vorgang automatisch
ohne jegliches menschliches Eingreifen stattfinden kann.
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Das
gerade beschriebene System ist sehr vorteilhaft hinsichtlich seiner
Flexibilität.
Wenn das System das erste Mal eingesetzt wird, ist die Anzahl der
Benutzer relativ gering. Bei einem solchen ersten Einsatz kann das
Kopfende 40 einen einzigen Sektor von Ressourcen aufweisen,
d. h. dass jede RAD in dem System denselben Satz von Signalen liefert. Entfernte
Einheiten können
sich durch das gesamte System bewegen, ohne dass ein Hand-Over durchgeführt wird.
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Wenn
die Anzahl der entfernten Benutzer zunimmt, können zusätzliche Ressourcen zur Bereitstellung
eines zusätzlichen
Sektors an der Basisstation hinzugefügt werden. Zum Beispiel erfordert
ein neuer Sektor zusätzliche
digitale Baugruppen und kann zusätzliche
Aufwärtswandler
und Abwärtswandler
erfordern. Wenn die neuen Schaltungen der Basisstation am Platz
sind, kann eine Anzahl von RADs von dem Kopfende programmiert werden,
als das neue Sektorsignal zu arbeiten. Wenn die Anzahl der entfernten
Einheiten weiter zunimmt, werden zusätzliche Ressourcen an der Basisstation
hinzugefügt
und mehr RADs werden aus der Entfernung programmiert. Es ist zu
beachten, dass das Hinzufügen der
neuen Sektoren keine Veränderungen
der physikalischen RADs erfordert. Die erforderliche Programmierung
wird durch die Basisstation aus der Entfernung ausgeführt. Somit
kann, zusätzlich
zu den geringen Anfangskosten, die zur Implementierung eines Systems
erforderlich sind, das System langsam, einfach und kostengünstig erweitert
werden.
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Die
Einfachheit, mit der die RADs umprogrammiert werden können, um
als ein neuer Sektor zu arbeiten, kann auch als ein Vorteil angesehen
werden, wenn sich die Anforderungen des Systems verändern. Zum
Beispiel wird angenommen, dass ein normaler städtischer Bereich von einer
Serie von 5 RADs abgedeckt ist, von denen alle denselben Satz von
Signalen als verteilte Antennen eines gemeinsamen Sektors übertragen.
In dem von der Serie von 5 RADs abgedeckten kleinen Bereich verdreifacht
sich plötzlich
die Menge der entfernten Einheiten, die das System zu benutzen versuchen,
aufgrund eines unerwarteten Ereignisses, wie einem Autounfall, der
einen Verkehrsstau verursacht. Die Basisstation erkennt die Tatsache,
dass die Anzahl von Versuchen, über
den entsprechenden Sektor auf das System zuzugreifen, dramatisch
zugenommen hat. Die Basisstation kann eine oder mehrere der 5 RADs
umprogrammieren, um die Arbeit als neuer Sektor zu beginnen, wodurch
die gesamte Anzahl von gleichzeitigen Telefonanrufen, die in dem
Gebiet bedient werden kann, erhöht
wird. In dem extremsten Fall kann jede der 5 RADs ein eigener Sektor
werden. Die Basisstation kann dies fast sofort ohne die Hilfe eines menschlichen
Eingreifens durchführen.
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Das
Merkmal der Flexibilität,
das für
die Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen makrozellulären System ziemlich
einzigartig ist, liefert grenzenlose Möglichkeiten. Ein weiteres Beispiel
einer Verwendung wäre für Gebiete
sporadischer Benutzung. Zum Beispiel kann ein Sportstadium mehrere
Male in der Woche für
mehrere Stunden voll gefüllt
sein, aber die restlichen Stunden fast menschenleer sein. In herkömmlichen
festen Systemen würden,
wenn ausreichende Ressourcen zur Bedienung aller entfernten Einheiten während der
Sportereignisse bereitgestellt würden, die
Ressourcen während
der meisten Zeit ungenutzt bleiben. In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung jedoch können
die Ressourcen den Stadiumsbereichen zugewiesen werden, wenn sie gebraucht
werden, und im übrigen
System verwendet werden, wenn sie nicht in dem Stadium verwendet
werden, wodurch die Kosten des Systems verringert werden und die
effektive Kapazität
erhöht
wird. Die Zuweisung kann an dem Kopfende in Anbetracht der bekannten
und erwarteten Ereignisse vorprogrammiert werden oder dieselbe automatische
Reaktion auf die Zunahme des Verkehrs kann verwendet werden, wie
sie in dem obigen Fall des Auto-Szenarios verwendet wird.
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Es
gibt eine Vielfalt von Modifikationen innerhalb des Rahmens der
vorliegenden Erfindung. Wie zum Beispiel oben angemerkt, kann der
ZF-Prozessor 70 in 3 ein
festes Verzögerungselement
aufweisen, um die notwendig Verzögerung
zur Erzeugung von Diversitäts-Signalen
zu liefern, die in den entfernten Einheiten getrennt moduliert werden
können.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel
kann mehr als eine Version eines Sektorsignals über die Stromabwärtsverbindung
der Kabelanlage übertragen
werden. Die Versionen können
in dem Kopfende-Prozessor oder woanders in dem System verzögert werden,
und die verschiedenen RADs, die verteilte Elemente einer gemeinsamen
verteilten Antenne darstellen, können
die unterschiedlichen Versionen mit den verschiedenen Verzögerungen übertragen,
statt ihre eigenen Verzögerungen
zu liefern.
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Ein
weiterer Weg, eine höhere
Signalsendekapazität
auf der Stromaufwärtsverbindung
bereitzustellen, besteht darin, einen Mechanismus einer Frequenzumwandlung
in den Faserknoten 20A–20I vorzusehen.
Auf der Verbindung von den RADs zu den Faserknoten ist die Stromaufwärts-Bandbreite
des Systems auf den Bereich von 5–40 MHz begrenzt und die Stromab wärts-Bandbreite
des Systems auf den Bereich von 54 MHz bis 700 MHz begrenzt. Das optische
Netz kann Signale tatsächlich über eine
viel größere Bandbreite,
wie 200 MHz, übertragen.
Jeder Faserknoten kann einen gemeinsamen Satz von Frequenzen verwenden,
um das Stromaufwärts-Signal von
den RADs zu dem Faserknoten zu übertragen. Die
Faserknoten können
das Stromaufwärts-Signal auf
einen Satz von Frequenzen über
der Betriebsfrequenz der Stromabwärtsverbindung frequenzmultiplexen,
um das Signal über
das optische Netz zu den „optische-in-elektrische
Signale"-Wandlern 18A–18I zu übertragen.
Die „optische-in-elektrische
Signale"-Wandler 18A–18I können entweder
die Signale abwärtswandeln,
bevor sie sie an die Basisstation 44 liefern, oder die
duale Bank von Abwärtswandlern 410A–410N kann
die erforderliche Abwärtswandlung durchführen.
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Bei
der Implementierung der ersten Generation der vorliegenden Erfindung
kann es finanziell am vorteilhaftesten sein, die Schaltungen an
dem Kopfende 40 aus den in makrozellulären Systemen verwendeten vorhandenen
Schaltungen zu bauen. Eine typische makrozelluläre Basisstation für einen
festen Ort besteht aus drei unterschiedlichen Sektoren. Ein weicherer
Hand-Over/Kombination
wird für
einen Hand-Over zwischen den drei Sektoren einer gemeinsamen Basisstation
ausgeführt
und der weiche Hand-Over/Auswahl
wird für
einen Hand-Over zwischen einem der Sektoren und einem Sektor einer anderen
Basisstation verwendet. Um vorhandene Einrichtungen zu verwenden,
kann die Architektur des Kopfendes in Dreifach-Sektor-Sätzen implementiert werden.
Ein Hand-Over zwischen den Sektoren eines Dreifach-Sektor-Satzes
wäre ein
weicherer Hand-Over, während
ein Hand-Over zwischen Sektoren von ungekoppelten Sektor-Dreiersätzen ein
weicher Hand-Over wäre.
Die vorteilhafteste Implementierung eines derartigen Systems würde die
RADs in physikalischer Nähe
zueinander programmieren, um den drei Sektoren eines Dreifach-Sektor-Satzes
zu entsprechen, um im gesamten System die Anzahl weicherer Hand-Over
zu erhöhen
und die Anzahl weicher Hand-Over zu verringern. Somit werden die Flexibilität und andere
Vorteile des Systems beibehalten, während die anfänglichen
Kosten der Implementierung des Systems weiter verringert werden.
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Es
gibt viele offensichtliche Variationen zu der beschriebenen vorliegenden
Erfindung, einschließlich
einfacher Veränderungen
der Architektur. Die vorausgehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
dient dazu, dass Fachleute die vorliegende Erfindung herstellen
oder verwenden können.
Die verschiedenen Modifikationen dieser Ausführungsbeispiele sind für Fachleute
leicht ersichtlich und die hier definierten generischen Prinzipien
können
ohne die Verwendung von Erfindergabe auf andere Ausführungsbeispiele
angewendet werden. Somit soll die vorliegende Erfindung nicht auf die
hier gezeigten Ausführungsbeispiele
begrenzt sein, sondern soll dem weitesten Rahmen, wie von den Ansprüchen definiert,
entsprechen.