DE69737830T2

DE69737830T2 - Nachrichtenübertragunggsystem mit bandbreitevariablen Empfängern und Sendern

Info

Publication number: DE69737830T2
Application number: DE1997637830
Authority: DE
Inventors: Thierry Lucidarme
Original assignee: Nortel Matra Cellular SCA
Current assignee: Nortel Networks SA
Priority date: 1997-12-29
Filing date: 1997-12-29
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2017-12-30
Also published as: EP0930721A1; DE69737830D1; EP0930721B1; CA2256939A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Telekommunikationssystem und insbesondere einen Sender oder Empfänger mit verbesserter Frequenzökonomie. Die vorliegende Erfindung kann außerdem Systeme mit Bandspreizung betreffen, d.h., dass das gesendete Signal über ein Frequenzband aufgespreizt wird, das wesentlich breiter als die für die Übertragung der Informationen benötigte Mindestbandbreite ist. Die vorliegende Erfindung kann außerdem Systeme mit Bandspreizung betreffen, bei denen das Spreizen des Signals erzielt wird, indem das Signal mit einer von den eigentlichen Informationen unabhängigen Pseudozufallscodefolge, auch als Pseudorauschen (PN, engl. „pseudo noise") bekannt, codiert wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Mobilfunktelekommunikationssystem, bei welchem eine Basisstation und/oder eine Mobilstation unter Verwendung von Kommunikationskanälen, z.B. Verkehrs- oder Signalisierungskanälen, mit dynamisch adaptiven Bandbreiten senden und/oder empfangen kann. Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders für die adaptive Erweiterung von Mobilfunktelekommunikationssystemen, z.B. zellularen Telefonsystemen, um dem gestiegenen Verkehrsbedarf gerecht zu werden.
Technischer Hintergrund
Die steigende Teilnehmerzahl von Mobiltelefonsystemen in beschränkten Frequenzbereichen weckt Interesse am Maximieren der Frequenzökonomie. Dieses Problem kann nicht isoliert betrachtet werden, sondern es müssen viele Aspekte des Systems berücksichtigt werden, wie etwa das Niveau der Störungen von anderen sendenden Mobiltelefonen und weiteren externen Funksendern, Wiederbenutzungsfaktoren innerhalb der Zellen eines Zellularsystems und die Leistungssteuerung der mobilen Sender. Ein Verfahren, das versucht, die Frequenzökonomie zu verbessern, ist das Codemultiplex-Mehrfachzugriff-Verfahren (CDMA, engl. „Code Division Multiple Access"), das z.B. im ISO-95-Standard spezifiziert wird. Bei diesem System werden einzelne Übertragungen in der Frequenz gespreizt, indem das Nachrichtensignal mit einem pseudozufälligen digitalen Spreizcode moduliert wird, dessen Bitrate (die zur Unterscheidung von der Bitrate der Nachrichtendaten üblicherweise „Chiprate" genannt wird, weil die Bitrate des digitalen Spreizcodes höher als die Bitrate der Daten ist und der digitale Spreizcode die Bits der Daten in Splitter (engl. „Chips") „zerhackt") wesentlich höher als die Bitrate der Nachricht ist. Die Dauer eines Chips ist die Periode des Takts, der den Pseudozufallscode generiert. Das Muster der Chips wird durch den von den Informationen unabhängigen Pseudozufalls-Spreizcode bestimmt. Auf Empfängerseite wird das empfangene Signal entspreizt, indem es mit einem identischen Pseudozufallscode multipliziert wird, wodurch der Vorgang umgekehrt wird. Unerwünschte Signale, die nicht mit dem Referenzcode synchron sind, werden ebenfalls mit dem Code multipliziert und daher auf eine größere Bandbreite aufgespreizt, aus welcher das synchrone Nutzsignal herausgefiltert werden kann. Somit wird der Rauschabstand verbessert. Ferner können durch Verwendung unterschiedlicher Muster mit niedrigem gegenseitigem Korrelationsfaktor viele Übertragungen innerhalb desselben Frequenzbands unterscheidbar gemacht werden.
Ein Problem mit CDMA besteht darin, dass alle Übertragungen, die dasselbe Frequenzband benutzen, ein wenig mitein ander interferieren, da jede Übertragung auf die gesamte Bandbreite aufgespreizt wird. Solange alle Übertragungen am Empfänger ungefähr denselben Leistungspegel haben, führt dies nur zu einer geringfügigen Störung. Wenn sich jedoch leistungsstarke Sender in der Nähe eines Empfängers befinden, kann die Störung sehr schwacher Signale (z.B. von weit entfernten Mobilstationen) ein bedenkliches Niveau erreichen. Demgemäß muss bei CDMA-Systemen, z.B. wie erstmals von Qualcomm Inc., Kalifornien, USA, eingeführt, die Leistung aller mobilen Sender sorgfältig geregelt werden, da andernfalls die Sendequalität abfällt (Nah-Fern-Problem).
Es gibt immer mehr verschiedene Arten von Daten, die von Funksystemen übertragen werden sollen, z.B. Video, Daten, Telefonie, Multimedia. Jede Datenart hat andere Bandbreitenanforderungen. Aus der GB 2 310 972 ist ein mobiles Telekommunikationssystem mit dynamischer Zuweisung von Bandbreite für einen Kanal bekannt. Insbesondere wird ein Sendeempfänger offenbart, der Breitbandschaltungen zum Senden und Empfangen von Signalen und Mittel zum Anpassen der Bandbreite in Abhängigkeit von einer von den Schaltungen innerhalb einer festgelegten Zeit verarbeiteten Informationsmenge aufweist. Dieses bekannte System versucht, die verfügbare und sich dynamisch verändernde Bandbreite zu optimieren, um Fluktuationen der innerhalb einer festgelegten Zeit übertragenen Informationsmenge zuzulassen.
Die EP 0 719 062 beschreibt ein Verfahren zum Partitionieren des verfügbaren Funkspektrums in spezifische Kanal-/Conduit-Komponenten, die an spezifischen Diensten ausgerichtet sind, und zum Reservieren von Unterkanälen und Conduits, um einer konkreten Anwendung die benötigte Bandbreite zur Verfügung zu stellen.
Einige der bekannten, oben beschriebenen Designs behandeln die Verwendung verschiedener Bandbreiten, doch keines davon bietet einen einfachen Mechanismus für die adaptive oder evolutionäre Änderung der Bandbreite innerhalb eines zellularen Telekommunikationssystems.
Es herrscht keine allgemeine Übereinkunft darüber, ob für Mobil funktelekommunikationssysteme eine Standardisierung auf TDMA-, FDMA- oder CDMA-Zugriffsschemata oder Kombinationen aus diesen erfolgen sollte. Es ist somit wahrscheinlich, dass die Systeme gemischt werden; so kann z.B. in Europa das bestehende GSM-System, bei welchem es sich um ein in einem schmalen Band arbeitendes TDMA-System handelt, parallel zu neuen alternativen Systemen benutzt werden, die CDMA mit einem breiteren Band einsetzen. Es wäre vorteilhaft, wenn Mobilstationen in jedem der Systeme funktionieren könnten, ohne die Mobilstation selbst dadurch übermäßig zu verkomplizieren.
Die WO 97 21294 offenbart einen Sender zum Senden von Informationen, welcher dazu in der Lage ist, die Bandbreite zu variieren, indem er die Chiprate variiert. Die Chiprate kann verändert werden, wenn in benachbarten Frequenzbändern übermäßiges Rauschen vorgefunden wird.
Kurzdarstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Telekommunikationssystem und ein Verfahren zum Betreiben desselben mit verbesserter Frequenzökonomie zu schaffen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung kann darin bestehen, die Empfangs- und Sendequalität in einem Funktelekommunikationssystem für einzelne Empfänger auf dynamische Weise zu verbessern, ohne notwendigerweise die Sendeleistung zu erhöhen.
Der vorliegenden Erfindung liegt als weitere Aufgabe zugrunde, ein Mobilfunkkommunikationssystem und ein Verfahren zum Betreiben desselben zu schaffen, das kompatibel mit bestehenden digitalen zellularen Mobiltelefonsystemen ist und insbesondere eine Mobilstation zu schaffen, die in bestehenden TDMA- und CDMA-Systemen und ebenso in dem vorliegend beschriebenen erfinderischen System mit adaptiver Bandbreite funktionieren kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt als noch eine weitere Aufgabe zugrunde, ein Mobilfunkkommunikationssystem mit Bandspreizung und ein Verfahren zum Betreiben desselben zu schaffen, das nicht unter dem „Nah-fern"-Problem leidet.
Die vorliegende Erfindung kann einen Sender für ein Telekommunikationsnetz zum Senden digitaler Informationssignale auf mindestens einer Mittenfrequenz an Mobilteile über Funkkanäle schaffen, wobei der Sender bandbreitenagil ist, Mittel zum Spreizen der Sendeinformationssignale aufweist und dazu eingerichtet ist, die Bandbreite von Übertragungen durch Variieren der Anzahl von Sprungfrequenzen in einer Frequenzsprungbetriebsweise sowie eine Chiprate auf dynamische Weise zu ändern, wobei die Bandbreite eines gesendeten Signals in Abhängigkeit von dem Abstand eines Mobilteils von dem Sender variiert wird.
Die vorliegende Erfindung kann außerdem einen Empfänger für ein Telekommunikationsnetz zum Empfangen digitaler Informationssignale von Mobilteilen auf mindestens einer Mittenfrequenz schaffen, wobei der Empfänger bandbreitenagil ist, Mittel zum Entspreizen empfangener Informationssignale aufweist und dazu eingerichtet ist, die Bandbreite zum Abwärtswandeln der empfangenen Informationssignale durch Variieren der Anzahl von Sprungfrequenzen in einer Frequenzsprungbetriebsweise und einer Chiprate zum Entspreizen auf dynamische Weise zu ändern, wobei die Bandbreite eines empfangenen Signals in Abhängigkeit von dem Abstand eines Mobilteils von dem Empfänger variiert wird.
Die vorliegende Erfindung kann außerdem ein Telekommunikationssystem schaffen, das einen Basisstationssender aufweist, bei welchem es sich um einen Sender wie obenstehend definiert handelt.
Die vorliegende Erfindung kann außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines Telekommunikationsnetzes, das eine Basisstation aufweist, die mit Mobilteilen kommuniziert, schaffen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Senden mindestens eines digitalen Informationssignals auf mindestens einer Mittenfrequenz durch die Basisstation, Spreizen der Sendeinformationssignale und Anpassen der Bandbreite des gesendeten Signals durch Variieren der Anzahl von Sprungfrequenzen in einer Frequenzsprungbetriebsweise und einer Chiprate auf dynamische Weise, wobei die Bandbreite eines gesendeten Signals in Abhängigkeit von dem Abstand eines Mobilteils von der Basisstation variiert wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie ein Funktelekommunikationssystem schafft, bei welchem die Bandbreite der Übertragungen in Abhängigkeit von bestimmten Kriterien adaptiv variiert werden kann. Somit umfasst die vorliegende Erfindung ein Funktelekommunikationssystem, dessen spektraler Belegungsgrad in Übereinstimmung mit Messungen der Funkkanalqualität vor und/oder während der Kommunikation graduell angepasst werden kann. Zum Beispiel kann der spektrale Belegungsgrad umgekehrt proportional zur Signalqualität gemacht werden. Die Wahl der Bandbreite kann von einem Algorithmus abhängig gemacht werden, zum Beispiel: Die Bandbreite wird von mindestens einer Funkkanal-Sendeeigenschaft abhängig gemacht, z.B. von Signalqualität, Bitfehlerrate der empfangenen Übertragung oder Signalstärke; die Bandbreite kann vor oder während einer Übertragung bestimmt werden; die Bandbreite kann umgekehrt proportional zur Fehlerrate sein.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung kann darin bestehen, dass sie ein Telekommunikationssystem und ein Verfahren zum Betreiben desselben schafft, welche die Bandbreite der Übertragungen auf einem weiten Bereich glatt, dynamisch und kontinuierlich anpassen können. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung kann ein Funktelekommunikationssystem und ein Verfahren zum Betreiben desselben sein, wobei die Bandbreite für Übertragungen an eine entfernte Station verbreitert werden kann, ohne dass eine Leistungssteigerung erforderlich ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht außerdem große Flexibilität hinsichtlich dessen, wie diese Bandbreite innerhalb des verfügbaren Spektrums belegt werden kann, um den spektralen Belegungsgrad zu verbessern. Wie schematisch in 1 gezeigt wird, kann die in einem Funktelekommunikationssystem verfügbare Bandbreite „BW" gemäß der vorliegenden Erfindung in diskrete Übertragungen „S" mit schmaler Bandbreite, die von Übertragungen „B" mit breiter Bandbreite getrennt sind, aufgeteilt werden, oder die Schmalband-Übertragungen können sich den Frequenzbereich mit den Breitband-Übertragungen teilen, wie bei „T" gezeigt, oder diesen überlappen, wie bei „Ü" gezeigt. Übertragungen mit schmaler Bandbreite, die sich dieselben Frequenzen und dieselbe Zeit mit den Übertragungen mit breiter Bandbreite teilen, können zu diesen orthogonal gehalten werden, indem beispielsweise Codemultiplex der Übertragungen mit breiter Bandbreite benutzt wird. Daher umfasst die vorliegende Erfindung ein Funktelekommunikationssystem, bei welchem sich die Spektren diverser Kommunikationen überlappen können, um die globale Kommunikationsqualität in dem System zu verbessern und gleichzeitig innerhalb des insgesamt verfügbaren Spektrums zu bleiben.
Die Bandbreitenanpassung kann dynamisch erfolgen, das heißt von Übertragung zu Übertragung oder innerhalb einer Übertragung von Rahmen zu Rahmen, oder sie kann evolutionär erfolgen, d.h., das gesamte System kann sich ohne Änderungen an der in dem System benutzten Hardware oder Software von einem schmalbandigen System in ein breitbandiges System entwickeln oder umgekehrt. Eine solche Entwicklung kann langsam stattfinden, wenn die Bandweite an wachsende Benutzerzahlen angepasst wird, oder sie kann für Anpassungen an Laständerungen z.B. im Tagesverlauf benutzt werden. Ferner kann das System gleichzeitig sowohl Breitband- als auch Schmalband-Übertragungen umfassen, beispielsweise können Notfall-Übertragungen mit hoher Leistung und schmaler Bandbreite übertragen werden, wohingegen Übertragungen mit normaler Priorität eine breite Bandbreite aufweisen können. Insbesondere kann es sich bei dem Funktelekommunikationssystem um ein zellulares Telefonsystem handeln, und in einer Zelle können sowohl Schmalband- als auch Breitband-Übertragungen mit verschiedenen Mobilstationen gleichzeitig stattfinden. Somit verschafft die vorliegende Erfindung dem Systemplaner und/oder dem Betreiber große Flexibilität bei der im System benutzen Bandbreite. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere nützlich, wenn die Übertragungen mehrheitlich schmalbandig sind und relativ wenige davon von schlechter Qualität. Durch dynamisches Aufweiten der Bandbreite lediglich für die Übertragungen mit schlechter Qualität kann deren Qualität verbessert werden, ohne die Störung anderer Übertragungen merklich zu vergrößern. Gleichzeitig interferieren die Schmalband-Übertragungen nicht mit den Breitband-Übertragungen, da diese mit einem PN-Code codiert werden können, der beim Empfang alle übertragungen zurückweist, die nicht mit dem Code synchron sind.
Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung, ihre Vorteile und Ausführungsformen werden nun anhand der folgenden Zeichnungen beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung des verfügbaren Frequenzspektrums eines Telekommunikationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 und 3 sind schematische Darstellungen von Zellen in einem mobilen zellularen Telefonsystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine schematische Darstellung einer Basisstation und einer Mobilstation gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine schematische Darstellung einer Basisstation gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine schematische Darstellung einer Basisstation gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine schematische Darstellung einer Mobilstation gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung veranschaulichender Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird anhand bestimmter Ausführungsformen und bestimmter Zeichnungen beschrieben, ist jedoch nicht auf diese, sondern lediglich durch die Ansprü che beschränkt. Die vorliegende Erfindung wird ferner anhand eines mobilen zellularen Telefonsystems beschrieben, ist jedoch nicht auf dieses beschränkt. Der Schutzumfang der vorliegen Erfindung umfasst außerdem jede beliebige Form von Telekommunikationssystem, insbesondere Funktelekommunikationssysteme, beispielsweise Paketfunksysteme, Funkfernsprechdienst (FuFeD), Spezial-/Bündelfunk (SMR, engl. „special mobile radio"), lokale Netze (LAN), Stadtbereichsnetze (MAN), Weitverkehrsnetze (WAN), Personenrufsysteme und schnurlose Telefonsysteme, wie sie in Privathaushalten benutzt werden. Die vorliegende Erfindung ist auf kein bestimmtes Zugriffsverfahren beschränkt. Die nachstehende Beschreibung erfolgt anhand eines CDMA-Systems, jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auch auf Systeme mit anderen Zugriffsverfahren angewandt werden, beispielsweise TDMA oder FDMA oder Kombinationen aus TDMA, CDMA und/oder FDMA. Ferner kann die vorliegende Erfindung mit diversen digitalen Modulationsschemata benutzt werden, insbesondere unter anderem binäre Phasenumtastung (BPSK), Quadratur-Phasenumtastung (QPSK), gaußsche Minimalphasenumtastung (GMSK), π/4-QPSK, Frequenzumtastung (FSK), Quadraturamplitudenmodulation (QAM) und Ableitungen und Modifizierungen davon.
Die vorliegende Erfindung umfasst einen bandbreitenagilen Funksender und/oder Funkempfänger. Insbesondere kann die Bandbreitenagilität innerhalb eines verfügbaren Frequenzbandes auf im Wesentlichen glatte Weise angepasst werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Anpassung der Bandbreite in einer Reihe von Schritten erfolgen (wie dies bei digital gesteuerten elektronischen Einrichtungen üblich ist), jedoch können diese Schritte beliebig klein gemacht werden. Die Anpassung der Bandbreite kann unabhängig Von der zu übertragenden Informationsrate, unabhängig von der für die digitalen Informationen benutzten Modulationsart und unabhängig von der zum Übertragen benutzten Frequenz gemacht werden, d.h., die Bandbreitenanpassung kann auf jeder einzelnen gesendeten oder empfangenen Frequenz des Sendeempfängers erfolgen und wird nicht allein durch Frequenzsprung realisiert. Die vorliegende Erfindung schließt das Frequenzsprungverfahren als Möglichkeit ein, und wenn dieses Verfahren benutzt wird, kann die Bandbreitenanpassung auf jeder einzelnen Frequenz der Sprungsequenz erfolgen. Außerdem kann der Sender und/oder Empfänger gemäß der vorliegenden Erfindung frequenzagil sein, d.h., er kann zusätzlich zur Bandbreitenanpassung auch Frequenzsprung durchführen.
Eine vorteilhafte Verwendung der vorliegenden Erfindung wird anhand von 2 und 3 beschrieben. Bei herkömmlichen zellularen Telefonsystemen können Probleme an den Rändern einer Zelle auftreten, d.h. weit weg von der Basisstation der Zelle und in der Nähe von Sendern aus anderen Zellen. An diesen Orten ist die Gleichkanalstörung hoch und die Stärke des Trägers schwach. Diese starke Gleichkanalstörung wird durch die in dem relevanten Frequenzband übertragene HF-Leistung verursacht, die Beiträge von Sendern aus anderen Zellen, welche im Rahmen eines Frequenzwiederbenutzungsschemas dasselbe Frequenzband benutzen, enthalten kann. Dies führt zu einem geringen Träger-Störabstand (C/I, engl. „carrier to interference ratio") an den Zellenrändern mit entsprechend schlechter Übertragungsqualität. Herkömmlicherweise wird in dieser Situation ein Handover an eine stärkere Quelle, z.B. an eine benachbarte Zelle, versucht.
Falls der Handover fehlschlägt, kann es notwendig werden, das Gespräch zu beenden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Übertragungsbandbreite innerhalb weiter Grenzen, z.B. zwischen Schmal- und Breitband, auf kontinuierliche und adaptive Weise variiert werden. Dies kann ohne direkte Beeinflussung des Basisdatenstroms erfolgen, d.h. ohne Abändern oder Wechseln des zugrundeliegenden Modulationsverfahrens (binäre Phasenumtastung (BPSK), Quadratur-Phasenumtastung (QPSK), gaußsche Phasenumtastung (GMSK) oder Quadraturamplitudenmodulation (QAM)), das zum Codieren der Daten benutzt wird, oder des Codierverfahrens, das zum Komprimieren der Sprachmitteilungen benutzt wird, z.B. Sprachcodierung (engl. „Vocoding"). Stattdessen wird die Bandbreite des übertragenen Signals auf einfache, dynamische und adaptive Weise variiert.
2 ist eine schematische Darstellung von zwei Zellen A und B eines zellularen Telefonsystems. Irgendwo in der Nähe der Mitte der Zelle A ist eine Basisstation 1 angeordnet. Eine Mobilstation (MS) 2 kann sich überall innerhalb des Systems frei bewegen. Wenn die MS 2 nahe bei der Basisstation 1 ist, wird die Signalqualität aufgrund des geringen Abstandes in der Regel gut sein. Ein Sender T (z.B. eine Basisstation oder eine weitere Mobilstation) in Zelle B wird sich relativ weit entfernt befinden, und die Stärke des bei der MS 2 von dort empfangenen Signals wird gering sein. Wenn sich die Mobilstation 2 andererseits an den Grenzen der Zelle A befindet, ist die Stärke des von der Basisstation 1 empfangenen Signals niedriger, und die von dem Sender T ausgehenden Störungen sind höher. Herkömmlicherweise kann bei TDMA-Schmalbandsystemen wie dem europäischen GSM-Mobiltelefonsystem die Sendeleistung erhöht werden, um die Signalqualität für Mobilstationen an der Grenze der Zelle zu verbessern. Indem Frequenzen nur in weit voneinander entfernten Zellen wiederverwendet werden, können Gleichkanalstörungen reduziert werden. Bei CDMA-Systemen mit breiteren Bändern nutzt normalerweise jede Zelle dasselbe Frequenzband, und daher muss die Leistung für weit entfernte Mobilstationen erhöht werden. Die zur Verbesserung der Signalqualität erforderliche Anhebung der Leistung kann problematisch sein, da eine mit hoher Leistung betriebene Mobilstation 2 an der Grenze der Zelle, sich nahe bei der nächsten Zelle befindet und daher in dieser Zelle Störungen verursachen kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Bandbreite oder die Bandbreite und die Sendeleistung angepasst werden, um die Signalqualität zu verbessern und gleichzeitig die Störung anderer Benutzer zu verringern.
Dem Fachmann ist im Allgemeinen bekannt, den Leistungspegel einer MS 2 abhängig von einer die Qualität des an der Basisstation 1 empfangenen Signals kennzeichnenden Eigenschaft zu setzen, z.B. Signalstärke, Signalqualität, Fehlerrate, Träger-Störabstand. Zum Beispiel ist es im GSM-System bekannt, ein Maß für die Signalstärke oder Signalqualität zu benutzen, z.B. Rxlev, bekannt aus der GSM-Empfehlung ETS 300578, definiert als das empfangene Effektivsignal an der Basisstation 2, das über den gesamten Bereich von –110 dBm bis –48 dBm mit einer Genauigkeit von +4 dB von –110 dBm bis –70 dBm und mit einer Genauigkeit von +6 dB über den gesamten Bereich gemessen wird, oder Rxqual, bekannt aus der GSM-Empfehlung ETS 05/08, oder die Bitfehlerrate. 3 zeigt eine schematische idealisierte Zellenanordnung eines zellularen Telefonsystems. Die Zellen 40 werden als Sechsecke gezeigt, aber dem Fachmann ist bewusst, dass die Form in der Praxis erheblich hiervon abweichen kann. Irgendwo in der Mitte jeder Zelle ist eine Basisstation 1 angeordnet. Mobilstationen 2, die in unterschiedlichen Abständen zu den Basisstationen 1 mit diesen kommunizieren, weisen unterschiedliche Signalstärken und – qualitäten auf, d.h., unterschiedliche Werte von Rxlev und Rxqual. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann in dem Maße, wie sich die die Signalqualität kennzeichnende Eigenschaft, z.B. Rxlev oder Rxqual, verringert, die Bandbreite der Übertragung vergrößert werden. Somit wird die für die Übertragung benutzte Bandbreite erhöht, wenn sich die Mobilstation 2 weiter weg von der Basisstation 1 bewegt. Gleichzeitig kann auch die Sendeleistung erhöht werden.
Wie in 3 schematisch gezeigt ist, können Mobilstationen nahe bei den Basisstationen 1 in einem ersten Regime 43 betrieben werden, bei welchem die Übertragungsbandbreite schmal ist und optional die Sendeleistung niedrig sein kann. Zum Beispiel kann in der Zone 43 die Bandbreite unverändert bleiben, d.h. keine Spreizung des gesendeten Signals stattfinden. Insbesondere kann es sich bei der Bandbreite um die von herkömmlichen zellularen Telefonsystemen wie etwa dem europäischen GSM-System benutzte Bandbreite handeln. In weiter entfernen Zonen 42, 41 kann die Bandbreite und optional auch die Sendeleistung erhöht werden. Somit kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die für eine Übertragung gewählte Bandbreite von dem Abstand zwischen dem Sender und dem Empfänger, beispielsweise dem Abstand zwischen der MS 2 und der Basisstation 1, abhängig gemacht werden. Der Vorteil des Erhöhens der Bandbreite in den weiter entfernt liegenden Zonen 42, 43 besteht darin, dass der Rauschabstand der Übertragung verbessert werden kann. Gleichzeitig werden die gesendeten Signale über eine größere Bandbreite aufgespreizt und weisen daher eine niedrigere Leistungsdichte pro Frequenzbereich auf. Die Mobilstationen 2 am Rande der einzelnen Zellen verursachen daher geringere Störungen für Mobilstationen in benachbarten Zellen. Die Wahl der Bandbreite und optional des Leistungspegels kann gemäß einem Algorithmus erfolgen. Der Algorithmus kann beispielsweise das Einstellen der Bandbreite in Abhängigkeit von einer das gesendete Signal kennzeichnenden Eigenschaft oder dem Abstand zwischen Sender und Empfänger umfassen. Falls die Bandbreite erhöht wird, kann die Leistung konstant gehalten werden. Dadurch bleibt die Leistungsdichte pro Informationsbit konstant. Alternativ hierzu kann der Leistungspegel um einen Faktor gesteigert werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf solche einfachen Algorithmen beschränkt. Ferner können als Entscheidungskriterium andere die Signalstärke oder Signalqualität kennzeichnende Eigenschaften herangezogen werden.
In 3 sind drei Zonen 41 bis 43 mit unterschiedlicher Bandbreite und optional unterschiedlicher Sendeleistung gezeigt, es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf drei Zonen beschränkt ist, sondern eine graduelle Abstufung der Bandbreite, optional mit einer Abstufung der Sendeleistung im Bereich der einzelnen Zellen kombiniert, umfassen kann.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines digitalen Funktelekommunikationssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System weist eine erste Station 1, bei der es sich um eine ortsfeste entfernte Station, eine Mobilstation oder eine Basisstation handeln kann, und eine zweite Station 2, bei der es sich um eine Basisstation, eine Mobilstation oder eine ortsfeste entfernte Station handeln kann, auf. Im Folgenden wird angenommen, dass die erste Station 1 eine Basisstation und die zweite Station 2 eine Mobilstation ist, aber die Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. Somit können die Basisstation 1 und die Mobilstation 2 Teil eines Personenrufsystems sein, bei welchem die Mobilstation 2 ein Rufempfänger ist und Daten nur empfangen und sie optional anzeigen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Basisstation 1 auch einen Sender 3 und einen Empfänger 5 aufweisen, während die Mobilstation 2 einen an den Sender 3 der Basisstation 1 angepassten Empfänger 4 sowie einen an den Empfänger 4 der Basisstation 1 angepassten Sender 6 aufweisen kann. Zum Beispiel können die Basisstation 1 und die Mobilstation 2 Teil eines zellularen Telefonsystems sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nicht erforderlich, dass die angepassten Sendeempfängerpaare 3, 5 bzw. 4, 6 von demselben Typ sind; beispielsweise kann mindestens eines der abgestimmten Paare 3, 5; 4, 6 eines der Verfahren CDMA, Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff (TDMA) oder Frequenzmultiplex-Mehrfachzugriff (FDMA) oder Kombinationen davon unterstützten, z.B. TDMA und FDMA, was zum Beispiel im europäischen GSM-System benutzt wird, wo die Übertragungen nach Frequenz und Zeit voneinander unterschieden werden (unterschiedliche Zeitschlitze des TDM-Systems auf unterschiedlichen Frequenzen), oder CDMA und TDMA und FDMA, wobei Übertragungen nach Frequenz, Zeit und Codierung voneinander unterschieden werden.
Der Sender 3 der Basisstation 1 umfasst einen Codierer 10 zum Generieren eines codierten Signals 16 durch Modulieren eines Datensignals 34 auf herkömmliche Weise beispielsweise durch Amplituden- oder Frequenzmodulation, z.B. mit BPSK, GMSK, QPSK oder QAM usw., sowie optional eine Form von Codierung, z.B. Block-Faltungs-Codierung, sowie optional eine Form von Verschachtelung. Der Sender 3 umfasst außerdem einen Multiplikator 11 zum Generieren eines bandgespreizten Signals 17 mit größerer Bandbreite durch Spreizen des codierten Signals 16 mit einer Pseudozufallscodefolge 15 (Pseudorauschen, PN) des PN-Generators 13. Der PN-Code 15 umfasst ein(e) repetierende(s) Folge/Muster aus „1"-en und „0"-en. Diverse Muster können in einem Speicher, z.B. in einem Prozessor 7, abgelegt werden und nach Bedarf an den PN-Generator geleitet werden. Aus den Artikeln von R. N. Mutagi, „Pseudo noise sequences for Engineers", Electronics & Communications, Bd. 8, Nr. 2, April 1996 und von T. S. D. Tsui und T. G. Clarkson, „Spread-spectrum communications techniques", Electronics & Communications, Bd. 6, Nr. 1, Februar 1994 sind Verfahren zum Generieren geeigneter PN-Codes bekannt. Ein HF-Modulator 12 moduliert eine hochfrequente Trägerfrequenz mit dem bandgespreizten Signal 17 und schafft dadurch ein gesendetes Signal 18, welches an eine Antenne 34 geleitet wird. Der Fachmann erkennt, dass das Obenstehende einen Direct-Sequence-Sender mit Bandspreizung beschreibt, jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Statt das codierte Signal 16 auf der Zwischenfrequenz zu modulieren und zu spreizen, kann das gesendete Signal 18 direkt mit der PN-Folge moduliert werden. Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem Mehrfachspreizung, d.h. das Spreizen des codierten Signals 16 und des Sendesignals 18. Alternativ hierzu kann ein aus dem Impulskompressionsradar bekannter Chirp-Sender benutzt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Chiprate des PN-Generators 13 durch einen variablen Zeittaktgenerator 9 generiert, dessen Taktrate von einer geeigneten Steuerschaltung, z.B. von dem Prozessor 7, gesteuert werden kann. Durch Abändern der Taktrate des Zeittaktgenerators 9 wird die Chiprate der aus dem PN-Generator 13 ausgelesenen PN-Folge 15 abgeändert. Je höher die Taktrate, desto weiter wird das Signal 17 in der Bandbreite gespreizt. Somit kann die Bandbreite des bandbreitengespreizten Signals 17 glatt variiert werden, indem die Taktrate des Zeittaktgenerators 9 von keiner Spreizung (keine Änderung der Bandbreite) bis zur höchsten mit dem erfinderischen System erreichbaren Bandbreite variiert wird. Durch geeignetes Einstellen des Zeittaktgenerators 13 und/oder des PN-Generators 13 kann der PN-Generator 13 dergestalt konfiguriert werden, dass er lediglich eine kontinuierliche „1" generiert, z.B. durch Stoppen des Taktes, wenn der Generator 13 eine „1" produziert. In diesem Falle findet im Multiplikator 11 keine Spreizung des Signals 16 statt. Alternativ hierzu kann durch Ansteuern des PN-Generators 13 mit der maximalen Taktrate, die der variable Zeittaktgenerator 9 produzieren kann, und unter Verwendung einer geeigneten PN-Folge 15 das höchste Niveau an Bandbreitenspreizung erreicht werden. Zwischenwerte der Taktrate des Zeittaktgenerators 9 stellen Zwischenniveaus an Bandbreitenspreizung bereit. Außerdem können auch die Längen der von dem Generator 13 generierten PN-Codes 15 variiert werden, selbst wenn dies keinen direkten Einfluss auf die Bandbreite des gesendeten Signals 18 hat.
Das Zeittaktsignal des Zeittaktgenerators 9 kann an den Empfänger 5 geleitet werden, um den Zeittakt zu steuern, der für die Verarbeitung von Signalen benötigt wird, die an der Basisstation 1 über die Antenne 37 empfangen werden.
Der Empfänger 4 der Mobilstation 2 umfasst einen HF-Abwärtswandler 19 zum Abwärtswandeln eines von einer Antenne 35 empfangenen Hochfrequenzsignals 24, wodurch ein Zwischenfrequenzsignal (ZF-Signal) 25 generiert wird, sowie einen Multiplikator 20 zum Generieren eines entspreizten Signals 26 durch Multiplizieren des ZF-Signals 25 mit einem PN-Code 27 eines PN-Generators 21. Eine variable Zeittakt-Abtastschaltung 23 stellt ein Zeittaktsignal 28 zum Ansteuern des PN-Generators 21 synchron mit der Abstimmung des empfangenen ZF-Signals 25 bereit. Die Bitrate und die Phase der variablen Zeittaktschaltung 23 können durch eine geeignete Steuerschaltung gesteuert werden, die etwa durch geeignetes Programmieren eines Prozessors 8 bereitgestellt werden kann. Ein Abschnitt des entspreizten Signals 26 wird an die Zeittaktschaltung 23 geleitet. In der Zeittaktschaltung 23 wird das entspreizte Signal 26 daraufhin überprüft, ob durch Ändern der Verzögerungszeit des PN-Codesignals 27 ein korrekt ein Codesignal erhalten wird, so dass der Zeittakt des Mobilstations-Zeittaktsignals bestimmt ist. Alternative Verfahren zum Erhalten des Zeittaktsignals 28, beispielsweise mittels verzögerter Regelschleifen (DDL, engl. „delay locked loops") oder Tau-Dither-Schleifen (TDL), fallen in den Schutzumfang dieser Erfindung. Das Zeittaktsignal 28 kann an den Sender 6 geleitet werden, um den Zeittakt der von der Mobilstation 2 über die Antenne 36 gesendeten Übertragungen zu steuern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können der Empfänger 5 und der Sender 6 dem Empfänger 4 und dem Sender 3 wie oben beschrieben gleichen oder sich von diesen unterscheiden.
Bei dem oben beschriebenen System kann die Bandbreite des gesendeten Signals 18 durch Abändern der Taktrate des Zeittaktgenerators 9 nach Belieben variiert werden. Die Mobilstation 2 muss die korrekte Taktrate kennen, die in der Zeittakt-Abtastschaltung 23 für den Empfang zu verwenden ist. Dies lässt sich erreichen, indem auf einem Signalisierungskanal geeignete Mitteilungen von der Basisstation 1 an die Mobilstation 2 gesendet werden, wobei eine Meldung benutzt wird, die auf eine Weise codiert ist, die die zu verwendende Taktrate repräsentiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können zusätzlich zu dem oben beschriebenen weitere Verfahren zum Aufweiten der Bandbreite des gesendeten Signals benutzt werden, z.B. das langsame Frequenzsprungverfahren (SFH) oder das Ändern des zugrundeliegenden Modulationsverfahrens. Das Spreizen des gesendeten Signals gemäß aller Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, welche die Tatrate eines Direct-Sequence-PN-Codes variieren, ist unabhängig von der Verwendung des Frequenzsprungverfahrens. Dies bedeutet, dass jedes gesendete Signal auf jeder einzelnen Sprungfrequenz gespreizt werden kann. Dementsprechend können die Übertragungen auf den einzelnen Sprungfrequenzen derart beschrieben werden, dass jede solche Übertragung eine Mitten frequenz aufweist, um welche das gesendete Signal in ein breiteres Frequenzband gespreizt wird.
Außerdem kann die Sendeleistung der Mobilstation 2 und/oder der Basisstation 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dergestalt gesteuert werden, dass für jede Übertragung die Kombination aus Sendeleistung und Bandbreite optimiert werden kann und nicht nur entweder die Sendeleistung oder die Bandbreite. Ferner kann das oben beschriebene System in ein TDMA-System aufgenommen werden, d.h., die Daten für einen Zeitschlitz einer TDMA-Übertragung werden vor der Übertragung unabhängig von anderen Zeitschlitzen codiert und gespreizt. Zwischen den Zeitschlitzen kann die Taktrate des Zeittaktgenerators 9 und der PN-Folge des PN-Generators 13 abgeändert werden. Daher sind die Mobilstation 2 und/oder die Basisstation 1 dynamisch bandbreitenagil.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand von 5 beschrieben. 5 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Basisstations-Sendeempfängereinrichtung 50 gemäß der vorliegenden Erfindung. Im Kern der Einrichtung 50 liegt eine Leistungs- und Bandbreitenbestimmungsschaltung 66, die für jede konkrete Übertragung entweder vor deren Beginn, bei Beginn der Übertragung oder kontinuierlich während der Übertragung eine optimale Kombination aus Bandbreite und Sendeleistung bestimmt. Um diese Optimierung leisten zu können, benötigt die Bestimmungsschaltung 66 eine Eingabe mindestens einer relevanten Signaleigenschaft, z.B. Signalqualität und/oder Leistung, oder alternativ hierzu des Abstands zwischen Sender und Empfänger, sowie ein Mittel zum Optimieren der Leistung/Bandbreite, z.B. einen Algorithmus, und ein Mittel zum unabhängigen Steuern und Einstellen der Bandbreite und der Leistung. In 5 steuert die Leistungs- und Bandbreitenbestimmungsschaltung 66 das Einstellen des Sendeleistungspegels, indem sie direkt auf Dämpfer in dem Aufwärtswandler/Leistungsverstärker 57 einwirkt. Einzelheiten zur Codierung und Verschachtelung der digitalen Signale sowie zu dem auf die Trägerwelle angewendeten Frequenzsprungverfahren, die dem Fachmann, beispielsweise aus generischen zellularen Telefonsystemen wie dem GSM-System, allesamt bekannt sind, wurden in 5 ausgelassen. Detaillierte Beschreibungen dieses Systems finden sich in dem Buch „The GSM system for mobile communications" von Michel Mouly und Marie-Bernadette Pautet, Cell & Sys, 1992 sowie in den einschlägigen GSM-ETSI-Standards.
Der Sendeempfänger 50 kann Daten 51 mit verschiedenen Raten empfangen, z.B. Sprache, Datenpakete, Video. Die Daten werden von dem Basisbandmodulator 53 mit dem für die jeweiligen Daten passenden Modulationsschema moduliert. Das Signal des Modulators 54 auf der Zwischenfrequenz wird an einen digitalen Filter 54 mit variabler Breite weitergeleitet, dessen Breite dergestalt definiert ist, dass sie zu der Bandbreite des Signals des Modulators 54 passt. Die Filterbandbreite wird von der Leistungs- und Bandbreitenbestimmungsschaltung 66 eingestellt. Aus dem Filter 54 wird das modulierte Signal auf der Zwischenfrequenz an einen Spreizer 55 geleitet, bei welchem es sich um einen Multiplikator handeln kann. In dem Spreizer 55 wird das modulierte Signal mit einem PN-Code eines PN-Codegenerators 60 moduliert. Die Chiprate des PN-Codes wird durch die Taktrate eines numerisch gesteuerten Oszillators 61 bestimmt. Der Wert der Taktrate wird von der Leistungs- und Band breitenbestimmungsschaltung 66 bestimmt und eingestellt. Das gespreizte Signal wird aus dem Spreizer 55 an einen Breitbandfilter 56 geleitet, um unerwünschte, von dem Spreizcode produzierte Nebenkeulenfrequenzen zu begrenzen. Aus dem Breitbandfilter 56 wird das gespreizte und gefilterte Signal an einen Aufwärtswandler/Leistungsverstärker 57 geleitet, in welchem eine Trägerwelle von dem gespreizten und gefilterten Signal moduliert und über zum Beispiel einen Duplexer 58 an eine Antenne 59 geleitet wird.
Wenn der Sendeempfänger 50 als Empfänger arbeitet, wird der oben geschilderte Arbeitsablauf umgekehrt. Ein von einer Antenne 59 empfangenes Signal wird über einen Duplexer 58 an einen Abwärtswandler 52 geleitet, in welchem das Zwischenfrequenzsignal aus der HF-Trägerwelle extrahiert wird. Das extrahierte Signal kann an einen Breitbandfilter 63 geleitet werden, um die empfangenen Frequenzen auf den relevanten Bereich zu begrenzen. Aus dem Breitbandfilter 63 wird das Signal an einen Entspreizer weitergeleitet. Damit das Entspreizen ausgeführt werden kann, muss diese Schaltung den Zeittakt des Signals empfangen. Dies kann mit einer dem Fachmann bekannten verzögerten Regelschleife (DLL, engl. „delayed lock loop") erfolgen. Bei einer verzögerten Regelschleife werden aus dem Eingabesignal zwei Signale generiert, ein verzögertes und ein voreilendes, und es werden zwei Hüllkurvendetektoren benutzt, um die Hüllkurven der beiden Signale zu extrahieren und dadurch die Daten zu entfernen. Die mittleren Spannungen werden subtrahiert und an den Steuereingang eines variablen Oszillators geleitet, und der Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) wird an den PN-Generator 60 geleitet.
In dem Entspreizer 64 wird das Zwischenfrequenzsignal mit dem PN-Code des PN-Codegenerators 60 multipliziert, um das modulierte Datensignal zu extrahieren. Das Signal kann für abschließende Begrenzungen des Frequenzbandes an einen digitalen Filter 65 mit variabler Breite weitergeleitet werden, bevor das empfangene Signal im Anschluss von der Leistungs- und Bandbreitenbestimmungsschaltung 66 auf seine Signalqualität und/oder -stärke analysiert wird. Die Bandbreite des Filters 65 wird von der Leistungs- und Bandbreitenbestimmungsschaltung 66 eingestellt. Das Signal des Filters 65 wird an die Leistungs- und Bandbreitenbestimmungsschaltung 66 weitergeleitet, in welcher die Signalsteuereigenschaft, z.B. Signalqualität und/oder Signalstärke, zur Verwendung beim Einstellen der Bandbreite der Übertragung bestimmt wird. Falls bestimmt wird, dass die Signalqualität zu niedrig ist, führt die Leistungs- und Bandbreitenbestimmungsschaltung eine Neuberechnung einer optimalen Bandbreite und/oder Sendeleistung aus und sendet geeignete Befehle zum Steuern der Bandbreite und/oder des Leistungspegels an die relevanten Schaltungen. Abschließend wird das Signal in einem Basisbanddemodulator 67 mit dem passenden Modulationsschema demoduliert, um das Datensignal zu extrahieren.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand von 6 beschrieben. 6 zeigt einen Sendeempfänger, der dem in 5 gezeigten gleicht, und gleiche Bezugszeichen in den beiden Figuren beziehen sich auf gleiche Komponenten und/oder funktionale Elemente der Erfindung. Eine detaillierte Beschreibung aller Komponenten der dritten Ausführungsform wird nicht gegeben, da die meisten davon anhand der zweiten Ausführungsform beschrieben worden sind. Gegenüber der zweiten Ausführungsform wurde die dritte Ausführungsform um eine Schaltung 52 zum Einstellen des Index der von einem Basisbandmodulator 54 zum Modulieren der Daten 51 durchgeführten Frequenzmodulation erweitert. Wie dem Fachmann bekannt ist, hängt die Bandbreite eines frequenzmodulierten Signals ungefähr linear von dem Modulationsindex ab, d.h., die Bandbreite ist für β > 1 gleich 2 β Fm, wobei β der Modulationsindex und Fm die modulierte Frequenz ist. Der Modulationsindex wird von der Schaltung 52 gemäß der Bestimmung durch die Leistungs- und Bandbreitenbestimmungsschaltung 66 eingestellt. Im Allgemeinen wird eine umso höhere Leistung benötigt, je höher der Index ist. Im Empfänger stellt die Leistungs- und Bandbreitenbestimmungsschaltung 66 die Bandbreite des Filters 65 gemäß dem eingestellten Modulationsindex für die jeweilige Übertragung ein.
7 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Mobilstation 60 gemäß der vorliegenden Erfindung, die dazu befähigt ist, die für den Empfänger 59, 62 bis 67 aus 5 sowie für den Sender 51 bis 59 aus 5 beschriebenen Funktionen auszuführen. Die Mobilstation 60 weist eine Antenne 200 zum Senden und Empfangen von HF-Signalen und einen Duplexer 205, welcher die Antenne 200 an den Empfänger 210 und den Sender 215 koppelt, auf. Die Station 60 hat typischerweise eine Tastatur 290 zur Benutzereingabe von Daten, beispielsweise Telefonnummern. Der Sender 215 kann zum Spreizen und Aufwärtswandeln des modulierten Datensignals, wie oben anhand von 5 beschrieben, unter Verwendung der von einem PN-Folgengenerator 265 generierten Spreizfolge konfiguriert sein. Der Empfänger 210 kann einen Empfangssignalstärkeindikator (RSSI, engl. „received signal strength indicator") zum Bestimmen der Stärke des empfangenen Signals aufweisen. Der Empfänger 210 kann, wie oben anhand von 5 beschrieben, dazu konfiguriert sein, das empfangene Signal unter Verwendung der Codierfolge des PN-Generators 265 abwärtszuwandeln und zu entspreizen, um das modulierte Datensignal wiederzugewinnen, welches zum Demodulieren und Decodieren der Daten zusammen mit der Signalstärkeindikation über einen Eingabe-/Ausgabebus 230 an einen Mikrocomputer 225 geleitet werden kann. Die modulierten Daten können von einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 235 in dem Mikrocomputer 225 verarbeitet werden. Die demodulierten und decodierten Daten können in einem Schreib-Lese-Speicher (RAM) 240 gespeichert oder, z.B. im Falle von Sprache, über einen Treiber 275 an den Lautsprecher 280 ausgeliefert werden. Alternativ hierzu kann über einen Anzeigetreiber 295 eine Datenmeldung auf der Anzeige 300 angezeigt werden. Die Funktionen der Schaltungen 52 bis 54 und 65 bis 67 können durch geeignetes Programmieren der CPU 235 ausgeführt werden. Zum Beispiel kann die CPU 235 die Leistungs- und Bandbreitenbestimmungen ausführen, die für die Schaltung 66 aus 5 erläutert wurden, und die zur Steuerung der Leistung und Bandbreite erforderlichen Befehle können über den E/A-Bus 230 an die jeweiligen Schaltungen gesendet werden.
Zusätzlich zu dem RAM 240 kann der Mikrocomputer 225 auch einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 245 aufweisen, der die für den Betrieb der Station 60 benötigten Computerprogramme speichert, sowie einen Codespeicher 285 zum Speichern von Referenzdaten, z.B. der Standardtaktrate für den PN-Generator 265, die für den lokalen CDMA-Telekommunikationsnetzwerkstandard benötigt wird. Ferner weist der Mikrocomputer 225 einen Oszillator 250 zum Generieren von Zeittaktsignalen auf, die für den Betrieb des Mikrocomputers 225 erforderlich sind. Der Oszillator 250 kann von einem Standardzeitnormal wie etwa einem Kristall oder einem Kristalloszillator 255 angetrieben werden. Ein an den Oszillator 250 gekoppelter Zähler 260 stellt programmierbare Zeitgeberfunktionen bereit, zum Beispiel die variable Taktrate, die von dem variablen Oszillator 61 aus 6 bereitgestellt wird, um einen PN-Generator 265 mit verschiedenen Taktraten, wie zum Generieren der benötigten Bandbreite erforderlich, anzusteuern. Bei dem PN-Generator 265 kann es sich um ein Schieberegister handeln, das, wenn ihm die zum Einstellen mehrerer einstellbarer Schalter in dem Schieberegister notwendigen Informationen bereitgestellt werden, eine PN-Folge der erforderlichen Länge generiert.
Es versteht sich, dass die Mobilstation 60 dazu befähigt ist, mit einem zellularen CDMA/TDMA-Telefonsystem oder einem schmalbandigen zellularen TDMA-Telefonsystem wie etwa GSM ebenso zu arbeiten wie mit einem TDMA-System, das eine adaptive Bandbreitensteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung zulässt. Bei zellularen TDMA-Telefonsystemen können bestimmte Zeitschlitze zum Überwachen eines gemeinsamen Signalisierungssignals sowie zum „Lauschen" auf die Sender aus benachbarten Zellen benutzt werden. Wenn sich die Mobilstation 60 in dem schmalbandigen TDMA-System befindet, empfängt sie Steuersignale, welche auf dem gemeinsamen Signalisierungskanal den Typ des Systems anzeigen. Da die Mobilstation in diesen Steuersignalen keine Hinweise hinsichtlich der Bandbreite empfängt, geht sie davon aus, dass keine Bandbreitensteuerung erforderlich ist, und der PN- Generator 265 generiert nur „1"-en, indem der Takt zur richtigen Zeit gestoppt wird. Die Mobilstation 60 wird dann als herkömmlicher Schmalband-TDMA-Sendeempfänger ohne Spreizen der gesendeten Signale betrieben.
Beim Eintritt in ein CDMA/TDMA-System empfängt die Mobilstation 60 auf einem Signalisierungssignal Steuersignale, die den Typ des Systems anzeigen. In diesen Signalen befindet sich kein Hinweis auf die Bandbreitensteuerung, so dass die Mobilstation 60 davon ausgeht, dass sie sich in einem normalen CDMA-System befindet. Der PN-Folgengenerator 265 wird dann von dem Oszillator 250 mit der aus dem Codespeicher 285 erhaltenen Standardtaktrate angesteuert. Die Mobilstation 60 wird dann als Breitband-CDMA/TDMA-Sendeempfänger betrieben.
Beim Eintritt in ein zellulares TDMA-Telefonsystem mit variabler Bandbreite gemäß der vorliegenden Erfindung empfängt die Mobilstation 60 von der zugehörigen Basisstation in einer Zelle Steuersignale, welche (neben anderen Parametern) die erforderliche Taktrate für den variablen Zeittaktgenerator 265 und/oder den Leistungspegel für den Sender 215 spezifizieren. Diese Signale können auf einem gemeinsamen Signalisierungskanal empfangen werden, welcher ohne Spreizung betrieben wird, oder auf einem gespreizten Signal, dessen Spreizung bei einer bekannten Standardtaktrate mit bekanntem PN-Code erfolgt. Geeignete Taktraten können von dem bei einer „1" gestoppten Takt oder in einem Bereich von einigen wenigen Kilohertz bis in die Megahertz-Region oder noch höher, z.B. bis zu 250 MHz oder höher, variieren. Die erforderliche Taktrate kann in codierter Form gesendet werden, d.h., konkreten Tatraten können spezifische Codes zugewiesen sein. Alternativ hierzu kann die Taktrate durch eine Regelschleife oder eine ähnliche elektronische Schaltung aus dem empfangenen Signal abgeleitet werden. Sobald die Mobilstation 60 den Takt der Basisstation übernommen hat, können ein dedizierter Steuerkanal zugewiesen und weitere Frequenz-, Taktraten- und Synchronisationsdaten von der Basisstation an die Mobilstation gesendet werden. In Übereinstimmung mit diesen Steuersignalen wird die Taktrate des PN-Generators 265 für die weitere Kommunikation eingestellt und kann während der Kommunikation, bestimmt von der Basisstation, angepasst werden, wenn sich die Signalqualität verschlechtert.
Zwar ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden, doch versteht der Fachmann, dass verschiedene Änderungen oder Modifikationen an Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang dieser Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann der Sendeempfänger gemäß der vorliegenden Erfindung auch zur Verwendung in einem zellularen CDMA-Telefonsystem angepasst werden, bei welchem die Übertragungen kontinuierlich ausgeführt werden können (d.h. beispielsweise nicht TDMA). In diesem Falle werden bevorzugt in jedem Sendeempfänger die Sender- und Empfängerfunktion verdoppelt (oder verdreifacht). Zum Beispiel können drei Sätze der Empfängerschaltungen bereitgestellt werden, so dass gleichzeitig drei Kommunikationen empfangen werden können, z.B. eine erste Kommunikation (die laufende Kommunikation, zum Beispiel ein Telefongespräch), eine zweite Kommunikation, bei welcher es sich um Informationen auf einem Signalisierungskanal für Steuerungszwecke, z.B. die für die erste Kommunikation zu verwendende Taktrate, handelt, und eine dritte Kommunika tion, bei welcher es sich um Informationen von den Sendeempfängern von Basisstationen in benachbarten Zellen handelt, die verwendet werden, um zu entscheiden, ob ein Handover nötig ist und falls ja, an welche Basisstation. Alternativ hierzu können die Empfängerschaltungen nur verdoppelt werden. In diesem Falle können die Steuersignale als Inband-Signale auf der ersten Kommunikation bereitgestellt werden, oder der Sendeempfänger kann den zweiten Empfänger benutzen, um zu abwechselnden Zeiten auf die Steuersignale und auf die Sender von anderen Basisstationen zu lauschen. Zwei der Sender und Empfänger können für das gleichzeitige Empfangen und Senden von Verkehrssignalen während eines „Soft Handover" benutzt werden.
Ferner können diverse Typen von Modulationsschemata benutzt werden. Insbesondere werden lineare Modulationsschemata wie z.B. GMSK bevorzugt, die keine relevanten Mengen von Nebenkeulen generieren. Bei der obigen Beschreibung wurde der Spreizer auf das ZF-Signal oder das HF-Signal angewendet, jedoch umfasst die vorliegende Erfindung alternativ hierzu auch das Spreizen des Basisband-Datensignals sowie Kombinationen aus beliebigen dieser Varianten.
Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem das dynamische Anpassen der Bandbreite einzelner Übertragungen durch andere Mittel. Zum Beispiel fällt in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung auch das Benutzen eines Chirp-Senders sowie das Erhöhen der Bandbreite durch Erhöhen der Anzahl der für ein langsames oder schnelles Frequenzsprungverfahren verwendeten Frequenzen auf dynamische, für die einzelnen Mobilstationen spezifische Weise. Ein weiteres Beispiel umfasst eine Modifikation eines generischen zellu laren Telefonsystems wie z.B. dem europäischen GSM-System. Gemäß diesem Beispiel wird die Anzahl der für den Frequenzsprung benutzten Frequenzen für jede Mobilstation einzeln angepasst, um bei Bedarf die Signalqualität zu verbessern. Wenn zum Beispiel einer konkreten Basisstation eine Menge aus „x" Sprungfrequenzen zugewiesen worden ist, benutzt die Basisstation bei der normalen Kommunikation mit den Mobilteilen im Allgemeinen eine Anzahl von Frequenzen kleiner als „x". Sie kann z.B. versuchen, a priori keinen Frequenzsprung zu benutzen. Falls der zum Aufrechterhalten der Signalqualität benötigte Leistungspegel unakzeptabel ansteigt, informiert die Basisstation das Mobilteil auf ihrem dedizierten Signalisierungskanal über den Wechsel zum Frequenzsprungverfahren und die Menge und Abfolge der zu verwendenden Frequenzen. Diese Menge kann eine Teilmenge der „x" zugewiesenen Frequenzen sein. Sollte die Qualität sich noch weiter verschlechtern, kann eine noch größere Anzahl von Frequenzen benutzt werden, bis alle „x" Frequenzen ausgeschöpft sind. Diese dynamische Änderung der Bandbreite erfolgt bevorzugt gemäß der vorliegenden Erfindung selektiv für einzelne Mobilstationen, anstatt alle Mobilstationen in einer Zelle auf einen konkreten Satz von Sprungfrequenzen zu überführen. Bei einem weiteren Beispiel wird einer Zelle eines zellularen Funktelekommunikationssystems eine erste Menge „X" von Frequenzen zugewiesen, deren Frequenzwiederbenutzungsmuster im System hinreichend selten ist, so dass Nachbarkanalstörungen bei Verwendung dieser Frequenzen unwahrscheinlich sind. Der Zelle kann eine weitere Menge bzw. können weiteren Mengen von Frequenzen zugewiesen werden. Beispielsweise kann es sich bei einer Menge von Frequenzen „Y" um Frequenzen handeln, mit denen die Wahrscheinlichkeit für auf Übertragungen in benachbarten Zellen einwirkende oder von diesen ausgehende Nachbarkanalstörungen höher ist als bei Frequenzen in der Menge „X". Noch eine weitere Menge von Frequenzen „Z" kann reserviert werden, die in den Schutzabständen zwischen den im System benutzten Frequenzen liegen. Die Verwendung der Frequenzmenge „Z" steigert in der Zelle und in den benachbarten Zellen die Wahrscheinlichkeit für Nachbarkanalstörungen. Die Basisstation in der Zelle kann dann dynamisch eine oder mehrere der Mengen „X", „Y", „Z" belegen, um einer schlechten Übertragungsqualität in der Zelle entgegenzuwirken. Die Basisstation kann einen Algorithmus befolgen, der bestimmt, wann die weniger günstigen Mengen „Y" und „Z" benutzt werden sollen, z.B. erst „X", dann „X" und „Y" und zuletzt „X", „Y" und „Z". Durch Unterteilen der kompletten Menge an Frequenzen, die einer Zelle zur Verfügung stehen, in eine immer größere Anzahl von Teilmengen kann die Bandbreite der Übertragungen innerhalb der Zelle durch Kombinieren von Frequenzmengen graduell angepasst werden. Maximal kann die Basisstation die Bandbreite in Schritten aus einer reservierten Frequenz belegen, bis alle Frequenzen für den Frequenzsprung benutzt werden.
Frequenzsprung ist ebenfalls ein Verfahren mit Bandspreizung, jedoch ist die Implementierung von Frequenzsprung, insbesondere das Empfängerdesign, in der Regel komplizierter als bei den anhand von 4 bis 7 beschriebenen Ausführungsformen. Somit können die Ausführungsformen gemäß. 4 bis 7 als eine zum Frequenzsprung alternative Art des Reduzierens von Nachbarkanalstörungen gesehen werden, die die Vorzüge eines vereinfachten Empfänger- und Senderdesigns bietet und eine dynamische, glatte, adaptive Optimierung der Bandbreite ermöglicht.
Bei den anhand von 5 bis 7 beschriebenen Ausführungsformen war die Leistungs- und Bandbreitenbestimmungsschaltung 66 in der Basisstation angeordnet, welche die Empfangsparameter der entfernten Stationen steuert. Jedoch kann es sich bei der Schaltung 66 in der Basisstation auch einfach um eine Einrichtung zum Einstellen der korrekten Parameter der anderen Schaltungen handeln, während die Optimierungsberechnungen andernorts im Netzwerk durchgeführt werden und die Ergebnisse, z.B. Leistungspegel und Taktrate für den PN-Generator 60, über in dem Netzwerk benutzte herkömmliche Signalisierungswege an die jeweilige Basisstation gesendet werden. Zum Beispiel können die Optimierungsberechnungen in einer Basisstationssteuerungseinrichtung (BSC), einer Mobilvermittlungsstelle (MSC) oder einer zentralisierten intelligenten Peripherieeinrichtung in einem intelligenten Funktelekommunikationsnetzwerk durchgeführt werden.
Zu weiteren Beispielen zählt, dass die Leistungs- und Bandbreitenbestimmungsschaltung 66 in eine entfernte Station, z.B. eine Mobilstation, aufgenommen ist und die entfernte Station den Betrieb der Basisstation hinsichtlich der Bandbreite für die Übertragungen steuert.

Claims

Sender für ein Telekommunikationsnetz zum Senden digitaler Informationssignale auf mehr als einer Mittenfrequenz an Mobilteile über Funkkanäle, wobei der Sender bandbreitenagil ist, Mittel (11, 13, 15; 55, 60, 61) zum Spreizen der Sendeinformationssignale aufweist und dazu eingerichtet ist, die Bandbreite von Übertragungen durch Variieren der Anzahl von Sprungfrequenzen in einer Frequenzsprungbetriebsweise sowie eine Chiprate dynamisch zu ändern, wobei die Bandbreite eines gesendeten Signals in Abhängigkeit von dem Abstand eines Mobilteils von dem Sender variiert wird.
Sender nach Anspruch 1, wobei die Nutzbandbreite des an die Spreizmittel gespeisten modulierten Signals eine Funktion einer verfügbaren Datenrate und Sendeleistung ist.
Sender nach Anspruch 1 oder 2, welcher ferner Mittel (57) aufweist zum Einstellen der Leistung des Sendesignals gemäß der Bandbreite und einer Funkkanal-Sendeeigenschaft, die aus empfangenen Informationssignalen, welche über die Funkkanäle gesendet wurden, verfügbar ist.
Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welcher ferner Mittel aufweist zum Einstellen der Bandbreite oder der Bandbreite und der Leistung des Senders in Abhängigkeit von einer Funkkanal-Sendeeigenschaft, die aus empfangenen Informationssignalen, welche über die Funkkanäle gesendet wurden, verfügbar ist.
Sender nach Anspruch 3 oder 4, wobei es sich bei der Eigenschaft um die Signalstärke und/oder die Bitfehlerrate und/oder die Signalqualität handelt.
Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Spreizmittel (11, 13, 15; 55, 60, 61) für Direct-Sequence-Spreizung eingerichtet sind.
Sender nach Anspruch 6, wobei die Spreizmittel (11, 13, 15; 55, 60, 61) einen Pseudozufallsfolgengenerator aufweisen, der von einem variablen Zeitsignalgenerator angesteuert wird.
Empfänger für ein Telekommunikationsnetz zum Empfangen digitaler Informationssignale auf mehr als einer Mittenfrequenz von Mobilteilen, wobei der Empfänger bandbreitenagil ist, Mittel (20, 21, 23; 64) zum Entspreizen empfangener Informationssignale aufweist und dazu eingerichtet ist, die Bandbreite zum Abwärtswandeln der empfangenen Informationssignale durch Variieren der Anzahl von Sprungfrequenzen in einer Frequenzsprungbetriebsweise zu ändern und mit einer Chiprate dynamisch zu entspreizen, wobei die Bandbreite eines empfangenen Signals in Abhängigkeit von dem Abstand eines Mobilteils von dem Empfänger variiert wird.
Empfänger nach Anspruch 8, welcher ferner Mittel (57, 66) zum Einstellen der Bandbreite des Empfängers in Abhängigkeit von einer Empfangseigenschaft eines der Informationssignale aufweist.
Empfänger nach Anspruch 8 oder 9, wobei es sich bei der Eigenschaft um die Signalstärke und/oder die Bitfehlerrate und/oder die Signalqualität handelt.
Empfänger nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Entspreizmittel (20, 21, 23; 64) für Direct-Sequence-Entspreizung eingerichtet sind.
Empfänger nach Anspruch 11, wobei die Entspreizmittel (20, 21; 64) einen Pseudozufallsfolgengenerator (21; 60) aufweisen, der von einem variablen Zeitsignalgenerator angesteuert wird.
Telekommunikationssystem, das einen Basisstationssender aufweist, bei welchem es sich um einen Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 7 handelt.
Telekommunikationssystem nach Anspruch 13, welches ferner Mittel umfasst zum Einstellen der Bandbreite oder der Leistung und der Bandbreite gemäß einer Sendeeigenschaft eines der empfangenen Informationssignale, die über die Funkkanäle gesendet wurden.
Verfahren zum Betreiben eines Telekommunikationsnetzes, das eine Basisstation aufweist, die mit Mobilteilen kommuniziert, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Senden mindestens eines digitalen Informationssignals auf mehr als einer Mittenfrequenz durch die Basisstation, Spreizen der Sendeinformationssignale und dynamisches Anpassen der Bandbreite des gesendeten Signals durch Variieren der Anzahl von Sprungfrequenzen in einer Frequenzsprungbetriebsweise und einer Chiprate, wobei die Bandbreite eines gesendeten Signals in Abhängigkeit von dem Abstand eines Mobilteils von der Basisstation variiert wird.