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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Funksystem mit einem Netzwerkuntersystem
und wenigstem einen Teilnehmerendgerät, das einen festen (Aufenthalts-) Ort
und eine bidirektionale Funkverbindung zu dem Netzwerkuntersystem
besitzt, wobei die Funkverbindung gerichtete Antennenstrahlen verwendet.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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In
den letzten Jahren wurde eine Anordnung bekannt, in der eine Datenübertragungsverbindung zwischen
einer Vermittlung und einem Teilnehmerendgerät im öffentlichen Fernsprechwahlnetz
(bzw. Public Switched Telephone Network, PSTN) drahtlos mittels
einer Funkverbindung umgesetzt wird. Die Anordnung ist bekannt als
eine kabellose Ortsanschlussleitung (bzw. Wireless Local Loop, WLL).
Diese Anordnung vermeidet die Installation von Kabeln in Räumlichkeiten
eines Kunden. Da Gerätschaften zum
Beispiel zu einem Netzwerkuntersystem gehörende Basisstationen, die in
zellenförmigen
Funknetzwerken verwendet werden, und über eine Funkverbindung betriebene
Teilnehmerendgeräte,
billiger geworden sind, ist diese Anordnung wettbewerbsfähig. Jedoch
können
die hohen Kosten der Netzwerkinfrastruktur ein Problem darstellen,
da in spärlich bewohnten
Regionen, zum Beispiel die Anzahl der normalerweise benötigten Basisstationen
ziemlich groß ist,
um diese weiten Bereiche abdecken zu können.
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Verschiedene
intelligente Antennenanordnungen sind in zellenförmigen Funknetzwerken entwickelt
worden, um die Reichweite der Basisstation und die Verkehrskapazität des Systems
zu erhöhen. Derartige
Anordnungen werden raumgeteilter Mehrfachzugriff (bzw. Space Division
Multiple Access, SDMA) genannt. Eine typische Anordnung stellt ein
Antennenfeld dar. Zum Beispiel ist es bei einer Basisstation möglich, auf
bestimmte Weise die Richtung, in der sich ein Teilnehmerendgerät befindet,
im Bezug auf die Basisstation zu messen und einen Antennenstrahl
zu verwenden, der in Richtung des Teilnehmerendgeräts während der Übertragung
gerichtet ist. Beim Empfangen können
die gewünschten über Mehrwege
ausgebreiteten Signalkomponenten konstruktiv mittels einer intelligen während der Übertragung
gerichtet ist. Beim Empfangen können
die gewünschten über Mehrwege
ausgebreiteten Signalkomponenten konstruktiv mittels einer intelligenten Antennenanordnung
kombiniert bzw. zusammengefasst werden und die Wirkung möglicher
störender Signale
kann minimiert werden. Mit oben beschriebener Anordnung ist es möglich, zum
Beispiel das Träger/Störungs-Verhältnis des
Signals zu verbessern, die Zellenkapazität zu erhöhen, die Verbindungsqualität zu verbessern,
die Batterielebensdauer des Teilnehmerendgeräts zu vergrößern und die Reichweite zu
verlängern.
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GB 2 281 012 offenbart eine
Basisstationsantennenanordnung zur Verwendung in einem zellenförmigen Funkkommunikationssystem
für mobile Nutzer.
Ein schmaler Strahl wird auf das gewünschte Mobile gerichtet und
verfolgt die Bewegungen des Mobiles. Die Verwendung von gerichteten
Antennen in dem zellenförmigen
Funksystem basiert auf dem Prinzip einer Sektorisierung.
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Kombinieren
der oben beschriebenen WLL- und SDMA-Techniken verursacht derartig
hohe Kosten, dass die Anordnung im Vergleich zu einer herkömmlichen
kabelgebundenen Festnetztelefonverbindung nicht wettbewerbsfähig ist.
Dies ist auf die Gegebenheit zurück
zu führen,
dass der Empfänger mehrdimensionale
Strahlsucheinrichtungen und Verfolgungseinrichtungen für jeden
Verkehrskanal benötigt.
Mehrdimensionale Impulsantwortmessung ist außerdem erforderlich. Wenn das
System außerdem codegeteilte
Mehrfachzugriff (bzw. Code Division Multiple Access, CDMA)-Technik
verwendet, ist eine mehrdimensionale Codeerfassung beim Empfang
erforderlich.
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EIGENSCHAFTEN
DER ERFINDUNG
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Der
Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Funksystem bereitzustellen,
in dem die oben beschriebenen WLL- und SDMA-Techniken mit geringen
Kosten kombiniert werden können.
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Dies
wird erreicht mit einem System, in dem das Netzwerkuntersystem Mittel
aufweist zum Speichern der Parameter der bidirektionalen Funkverbindung.
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Entsprechend
einem Aspekt der Erfindung wird ein Funksystem bereitgestellt, das
aufweist Mittel zum Aufbauen einer Testfunkverbindung zwischen dem
Netzwerkuntersystem und einem neuen Teilnehmerendgerät, das einen
festen Standort aufweist; das Netzwerkuntersystem umfasst Mittel
zum Messen von Parametern der Funkverbindung; das Netzwerkuntersystem
umfasst Mittel zum Speichern der Parameter; und das Netzwerkuntersystem
umfasst Mittel (220, 230, 240, 250)
zum Verwenden der Parameter, wenn eine bidirektionale Funkverbindung zwischen
dem Netzwerkuntersystem und dem neuen Teilnehmerendgerät aufgebaut
wird.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Aufbauen einer
Verbindung in einem Funksystem bereitgestellt, das ein Netzwerkuntersystem
aufweist, wobei das Funksystem gerichtete Antennenstrahlen verwendet,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist:
- – Aufbauen
einer bidirektionalen Funkverbindung zwischen dem Netzwerkuntersystem
und [wenigsten einem] neuen Teilnehmerendgerät, das einen festen Standort
aufweist;
- – Messen
von Parametern der Testfunkverbindung;
- – Speichern
der gemessenen Parameter; und
- – Verwenden
der Parameter, wenn eine bidirektionale Funkverbindung zwischen
dem Netzwerkuntersystem und den neuen Teilnehmerendgerät aufgebaut
wird.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird ein Netzwerkuntersystem bereit
gestellt, das Mittel aufweist zum Aufbauen einer Testfunkverbindung zwischen
dem Netzwerkuntersystem und einem neuen Teilnehmerendgerät, das einen
festen Standort aufweist; das Netzwerkuntersystem weist Mittel auf zum
Messen von Parametern der Testfunkverbindung; das Netzwerkuntersystem
weist Mittel auf zum Speichern der Parameter; und das Netzwerkuntersystem
weist Mittel auf zum Verwenden der Parameter, wenn eine bidirektionale
Funkverbindung zwischen dem Netzwerkuntersystem und dem neuen Teilnehmerendgerät aufgebaut
wird.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Im
Folgenden wird die Erfindung im größeren Detail unter Bezugnahme
auf die Beispiele gemäß den begleitenden
Zeichnungen beschrieben, in denen
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1 das
Funktionsprinzip von SDMA zeigt,
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2 ein
Blockdiagramm ist, dass eine Basisstation eines Netzwerkuntersystems
gemäß der Erfindung
veranschaulicht, und
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3 ein
Flussdiagramm ist, welches das Verfahren gemäß der Erfindung veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
vorliegende Erfindung ist geeignet zur Verwendung in allen derartigen
Funksystemen, deren Funktion mittels der SDMA-Technik effektiver
gemacht werden kann. Die vorliegende Anwendung verwendet TDMA- und
CDMA-Systeme als Beispiele ohne die Erfindung hierauf zu beschränken.
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1 veranschaulicht
die Funktion gemäß der Erfindung.
Ein Netzuntersystem 100 verwendet gerichtete Antennenstrahlen.
In der vorliegenden Anwendung bezieht sich das Netzwerkuntersystem 100 auf
festinstallierte Vorrichtungen, die gewöhnlich durch den Netzwerkbetreiber
gesteuert werden, z.B. Basisstationen, Basisstationssteuerungen,
Netzwerkverwaltungssysteme, Übertragungsgeräte und Vermittlungszentralen.
Die durch eine Basisstationssteuerung und die Basisstationen, die
sie steuert, gebildet Einheit wird ein Basisstationssystem genannt.
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Nutzer,
die ein Teilnehmerendgerät 120, 122 mit
einem festen Standort wie zum Beispiel einem Privathaus, besitzen,
können
eine Verbindung mit einem bestimmten anderen Nutzer über das
Netzwerkuntersystem 100 aufbauen, wenn sie so wünschen. Entsprechend
können
andere Nutzer einen Ruf zu dem Teilnehmerendgerät 120, 122 durchführen. Ein gerichteter
Antennenstrahl 110 des Teilnehmerendgeräts 120 des ersten
Nutzers beeinträchtigt
nicht einen gerichteten Antennenstrahl 112 des Teilnehmerendgeräts 122 des
zweiten Nutzers. Die Idee besteht darin, das Antennenstrahl(aus)richtung
verwendet wird an Stelle von oder zusätzlich zu einer normalen omidirektionalen
Antennen oder einer Zelle, die zum Beispiel in drei Teile sektoriert
ist. Umso enger der Antennenstrahl umso größer ist die Kapazität der Zelle.
Die Richtung des gerichteten Antennenstrahls kann zum Beispiel derart
angezeigt werden, dass eine Ost-West-Richtung 41 für den geografischen Standort
der Basisstation bestimmt wird. Der Winkel des Antennenstrahls wird
dann in Grad bezogen auf diese Richtung angezeigt. Zum Beispiel
beträgt
in der Figur der Winkel 130 des ersten Antennenstrahls 110 ungefähr 20°. Der Winkel 132 des
zweiten Antennenstrahls 112 beträgt entsprechend 110°. Die Winkel der Übertragungs-
und Empfangs-Antennenstrahlen können
von unterschiedlicher Größe sein,
falls zum Beispiel getrennte Antennen für Übertragung und Empfang vorgesehen
sind.
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Das
Teilnehmerendgerät 120 kann
außerdem
einen gerichteten Antennenstrahl bei seiner eigenen Übertragung
verwenden. In der einfachsten Ausführung wird eine normale Richtantenne
mit dem Teilnehmerendgerät 120 verbunden
und in Richtung des Empfangsantennenfeldes der Basisstation des Netzwerkuntersystems 100 gerichtet.
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2 ist
ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Basisstation gemäß der Erfindung. 2 zeigt nur
die Blöcke,
die zur Veranschaulichung der Erfindung wesentlich sind, aber es
ist für
einen Fachmann offensichtlich, dass eine herkömmliche Basisstation auch mehrere
andere Funktionen und Bestandteile aufweist, die hier nicht im größeren Detail
beschrieben werden. In der Praxis kann eine Basisstation zum Beispiel
eine normale Basisstation eines GSM-Systems sein, die SDMA-Technik verwendet und
die in der Weise modifiziert worden ist, wie durch die Erfindung
erforderlich.
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Eine
Basisstation wird mit dem öffentlichen Fernsprechwahlnetz
(bzw. Public Switched Telephone Network) 200 über Kanal-Codecs 210, 212, 214 verbunden.
Die Kanal-Codecs führen
die Verarbeitung eines Basisbandssignals durch. Ein Feld 220 von Übertragungs-
und Empfang-Strahlformern ist mit dem Kanal-Codecs 210, 212, 214 verbunden.
Jeder Strahlformer 222, 224, 226 ist
mit einem Kanal-Codec 210, 212, 214 verbunden.
Die Funktion der Strahlformer 222, 224, 226 besteht
darin, Informationen über
die Richtung durch Verarbeitung des gerichteten Antennenstrahls
sowohl bei Übertragung als
auch bei Empfang zu er zeugen. Über
ein Antennenfeld 230 überträgt und empfängt die
Basisstation einen gerichteten Antennenstrahl. Das Strahlformerfeld 220 wird
durch eine Steuereinheit 240 gesteuert, die für Steuerung
und Betrieb und Aufrechterhaltung eines Anrufs verantwortlich ist.
Die Steuereinheit 240 nutzt eine Teilnehmerdatenbank 250,
in der Informationen über
Teilnehmereigenschaften gespeichert sind.
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Gemäß der Erfindung
umfasst das Netzwerkuntersystem 100 Mittel zum Speichern
von Parametern einer bidirektionalen Funkverbindung. Die Parameter
können
bevorzugt in der Teilnehmerdatenbank 250 des Basisstationssystems
gespeichert werden.
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Das
Netzwerkuntersystem umfasst wenigstens eine gemeinsame Messeinheit,
die eingerichtet ist, um die Parameter der bidirektionalen Testfunkverbindung
eines neuen Nutzers zu messen. In der in 2 gezeigten
Basisstation wird dies bevorzugt derart durchgeführt, dass einer der Strahlformer
des Strahlformerfeldes 220, zum Beispiel Strahlformer 220,
einen komplizierteren Aufbau besitzt, als die anderen Strahlformer
und einen Strahlsucher aufweist. Der Strahlformer 222 kann
daher als gemeinsame Messeinheit bezeichnet werden.
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Wenn
ein neuer Nutzer an dem System ankommt, wird zuerst eine bidirektionale
Testverbindung zwischen dem Netzwerkuntersystem 100 und dem
Teilnehmerendgerät 120 aufgebaut.
Die gemeinsame Messeinheit 222 misst dann die Parameter
der Testfunkverbindung. Die Parameter schließen zum Beispiel den Übertragungsstrahlwinkel,
den Empfangsstrahlwinkel, das Luftschnittstellenkanalprofil und
die Impulsantwort ein, ohne jedoch die Erfindung hierauf zu beschränken. Die Übertragungs- und
Empfangsstrahlwinkel sind oben in 1 gezeigt.
Das Luftschnittstellenkanalprofil bedeutet, dass eine feste Zahl,
die immer dieselbe bleibt, für das
Timing zwischen der Übertragung
und Empfang gemessen werden kann, da sich das Teilnehmerendgerät nicht
bewegt. Die Parameter werden in der Teilnehmerdatenbank 250 gespeichert.
Gemäß der Erfindung
ist es auch möglich,
in der Teilnehmerdatenbank die Übertragungsleistung
des Netzwerkuntersystems 100 und/oder die Übertragungsleistung
des Teilnehmerendgeräts 120 zu
speichern. Das Netzwerkuntersystem wird am bevorzugtestem über die Übertragungsleistung
des Teilnehmerendgerätes 120 derart
informiert, dass das Teilnehmerendgerät 120 sie dem Netzwerkuntersystem 100 während der Testfunkverbindung
signalisiert. Das Netzwerkuntersystem 100 kennt natürlich seine
eigene Übertragungsleistung,
aus diesem Grund muss sie nicht gemessen werden.
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Wenn
die Erfindung in einem CDMA-System verwendet wird, ist der Empfänger ein
RAKE-Empfänger.
Im CDMA werden Nutzer mittels eines Spreizcodes von einander unterschieden,
der für
jede Verbindung kennzeichnend ist. Die zu übertragenden Informationen
werden bei der Übertragung
mit einem Spreizcode multipliziert, der ein deutlich breiteres Band
besitzt und pseudo-zufällig
ist. Beim Empfang wird das Spreizbandsignal mit demselben Spreizcode
multipliziert, sodass es wieder in das ursprünglich übertragene schmalbandige Informationssignal hergestellt
wird. Der RAKE-Empfänger
umfasst Zweige, in denen die empfangenen auf Mehrwegen ausgebreiteten
Signalkomponenten demoduliert werden. Gemäß der Erfindung können außerdem zusätzlich zu
den Parametern die optimale Anzahl der Zweige im RAKE-Receiver gemessen
werden und in der Teilnehmerdatenbank 250 abgespeichert
werden.
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Das
Netzwerkuntersystem ist eingerichtet, die Parameter der bidirektionalen
Funkverbindung, die in dem Netzwerkuntersystem gespeichert sind, zu
nutzen, wenn eine bidirektionale Verbindung zwischen dem Netzwerkuntersystem
und einem Teilnehmerendgerät
aufgebaut wird. In der in 2 gezeigten
Basisstation, wird dies so ausgeführt, dass, wenn die Steuereinheit 240 eine
Anrufaufbauanforderung empfängt,
sie die Parameter der betroffenen Funkverbindung aus der Teilnehmerdatenbank 250 abfragt.
Die Steuereinheit 240 stellt dann die Parameter einem gemeinsamen
Strahlformer 224, 226 zur Verfügung und weist diesen an, mittels
der Parameter einen gerichteten Antennenstrahl zu erzeugen, der über das
Antennenfeld 230 zu dem Teilnehmerendgerät übertragen
wird. Entsprechend wird bei dem Empfang, ein über das Antennenfeld 230 empfangenes
Signal verwendet, um einen Strahl mittels des Empfangsantennenstrahlwinkels
zu formen. Während
des Verbindungsaufbaus wird das Teilnehmerendgerät außerdem über das Luftschnittstellenverzögerungsprofil
informiert, sodass das Teilnehmerendgerät den Moment kennt, wenn es übertragen kann.
Die Übertragungsleistung
kann außerdem
dem Teilnehmerendgerät
angezeigt werden. Alternativ speichert das Teilnehmerendgerät diese
Parameter in seinem eigenen Speicher, sodass das Netzwerkuntersystem
diese nicht während
des Anrufsaufbaus an das Teilnehmerendgerät signalisieren muss.
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In
ihrer einfachsten Ausführung
wird die Erfindung mittels Software ausgeführt, wobei in diesem Fall die
Steuereinheit 240 ein digitaler Signalprozessor oder ein
allgemeiner Prozessor ist und die Schritte des Verfahrens Operationen
sind, die mittels der Software ausgeführt werden. Die Erfindung kann auch
zum Beispiel mit separater Logik, die aus HW-Komponenten oder mit
ASIC (Anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen bzw. Application Specific
Integrated Circiut) implementiert werden.
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3 veranschaulicht
die Verfahrensschritte in Form eines Flussdiagramms:
Schritt 300:
Es wird überprüft, ob der
Nutzer neu ist, d.h. ob er eine Funkverbindung hat, wobei in diesem Fall
die Parameter bereits gespeichert sind.
Schritt 302:
Der Nutzer ist neu, wofür
eine bidirektionale Testfunkverbindung aufgebaut wird.
Schritt 304:
Die Parameter der Testfunkverbindung werden gemessen.
Schritt 306:
Die gemessenen Parameter werden gespeichert.
Schritt 308:
Der Nutzer ist nicht neu und daher werden die gespeicherten Nutzerparameter
abgerufen bzw. abgefragt.
Schritt 310: Eine bidirektionale
Funkverbindung wird mittels der gespeicherten Parameter aufgebaut.
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Trotzdem
die Erfindung oben unter Bezug auf das Beispiel gemäß den begleitenden
Zeichnungen beschrieben wurde, ist klar, dass die Erfindung nicht
darauf beschränkt
ist, sondern auf verschiedenste Weise innerhalb des Bereichs der
erfinderischen Idee, die in den beigefügten Ansprüchen offenbart ist, modifiziert
werden kann.