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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein des Gebiet der Mobilfunkkommunikation
und insbesondere ein System für
einen Zeitmultiplex-Vielfachzugriff (Time Division Multiple Access – TDMA)
durch eine Kombination aus Zeitduplex (Time Division Duplex – TDD) und
Frequenzduplex (Frequency Division Duplex – FDD). Die Erfindung betrifft
des Weiteren ein funkendgerätgesteuertes
dynamisches Kanalwahlverfahren und eine Vorrichtung für ein solches System.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Das
digitale erweiterte kabellose Telekommunikationssystem (Digital
Enhanced Cordless Telecommunications – DECT) ist durch das Europäische Institut
für Telekommunikationsstandards
standardisiert und ist ein Beispiel eines Systems, das TDMA-TDD
(Time Division Multiple Access – Time
Division Duplex) zur Funkkommunikation verwendet. Beim DECT wird
die Übertragung
zwischen allen Basisstationen synchronisiert, d. h. alle Downlink-Übertragung
erfolgt während
eines ersten 5 ms-Zeitraums eines Datenübertragungsblocks, und alle Uplink-Übertragung
erfolgt während
eines zweiten 5 ms-Zeitraums desselben Datenübertragungsblocks. Auf einer
TDMA-TDD-Trägerfrequenz
ist der erste 5 ms-Zeitraum 12 Downlink-Zeitschlitze zugeordnet, und
der zweite 5 ms-Zeitraum
ist 12 Uplink-Zeitschlitze zugeordnet, was die Verwendung einer
einzigen Trägerfrequenz
sowohl für
die Downlink- als auch für die
Uplink-Kommunikation derselben bi-direktionalen Verbindung ermöglicht.
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TDMA-FDD-Systeme
(Time Division Multiple Access – Frequency
Division Duplex) nach dem Stand der Technik trennen das Downlink-Senden vom
Uplink-Empfang, indem sie die beiden Aufgaben auf verschiedenen
Trägerfrequenzen
und zu verschiedenen Zeiten in den Mobilfunkstationen, aber gleichzeitig
in den Funkbasisstationen ausführen. Das
GSM- und das D-AMPS-System sind beispiele für TDMA-FDD-Systeme.
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TDMA-TDD-Systeme
und TDMA-FDD-Systeme haben sowohl Vor- als auch Nachteile. WO 97/21287
(Advanced Micro Devices) beschreibt ein System, das versucht, die
Vorteile von TDMA-TDD und
TDMA-FDD zu kombinieren. In diesem kombinierten TDMA-TDD/FDD-System
sind die Uplink- und die Downlink-Übertragung
zwischen einer Funkbasisstation (BS) und einer Mobilfunkstation
(MS) sowohl nach Zeit als auch nach Frequenz getrennt. Die Uplink-
und die Downlink-Übertragung
verwenden getrennte Frequenzbänder,
wie beim TDMA-FDD, aber die Uplink- und die Downlink-Übertragung
verwenden auch unterschiedliche Zeitintervalle, wie beim TDMA-TDD.
Ein Nachteil bei dem in WO 97/21287 beschrieben System ist jedoch,
dass durch Verlagern der Uplink-Übertragung
auf ein Frequenzband, das vom Downlink-Übertragungsband getrennt ist,
jedes Band nur 50 % der Zeit genutzt wird, was eine erhebliche Vergeudung
wertvoller Spektrumsressourcen darstellt.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
vorrangige Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
spektrumeffizienteres kombiniertes TDMA-TDD/FDD-System bereitzustellen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein solches
spektrumeffizientes TDMA-TDD/FDD-System bereitzustellen, das asymmetrischen
Verkehrs-Uplink und -Downlink gestattet, beispielsweise mehr Verkehrs-Downlink,
je nach Bedarf, beispielsweise durch eine Internet-Verbindung.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein solches
spektrumeffizientes TDMA-TDD/FDD-System bereitzustellen, das eine mobilstationsgesteuerte
dynamische Kanalwahl (Dynamic Channel Selection – DCS) gestattet.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein solches spektrumeffizientes
TDMA-TDD/FDD-System bereitzustellen, das eine kosteneffektive Kommunikation über feste
RLL-Fernverbindungen (Radio in the Local Loop) gestattet.
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Diese
Aufgaben werden gemäß den angehängten Ansprüchen erreicht.
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Kurz
gesagt, werden diese und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung
erreicht, indem zwei Gruppen aus Funkbasisstationen in einem synchronisierten
TDMA-TDD/FDD-System,
das zwei Frequenzbänder
verwendet, bereitgestellt werden. Das erste Gruppe aus Basisstationen
nutzt verfügbare
Frequenzen über
einen Teil der Zeit, und eine zweite Gruppe aus Basisstationen nutzt
verfügbare Frequenzen
während
des übrigen
Teils der Zeit.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet die Hälfte des Datenverkehrs eine
erste Gruppe aus Basisstationen, und die andere Hälfte des
Datenverkehrs verwendet eine zweite Gruppe aus Basisstationen. Zwischen
beiden Gruppen gibt es einen Zeitversatz, so dass eine Downlink- und
Uplink-Übertragung
jederzeit auf allen Frequenzen möglich
ist, aber kein gleichzeitiges Senden und Empfangen in derselben
Einheit (beispielsweise in derselben BS oder derselben MS) möglich ist.
In dieser Ausführungs form
wird ein erstes Frequenzband immer für Uplink- und ein zweites Frequenzband
immer für
Downlink-Übertragung
genutzt. In dieser Ausführungsform
weisen die Basisstationen in den beiden Gruppen eine teilweise überlappende
Funkflächendeckung
auf, sind aber geografisch getrennt, um zu vermeiden, dass eine
Basisstation in einer Gruppe während
des Sendens den Empfang in einer Basisstation in der anderen Gruppe
stört.
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In
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet die Hälfte des Datenverkehrs ebenfalls
eine erste Gruppe aus Basisstationen, und die andere Hälfte des
Datenverkehrs verwendet eine zweite Gruppe aus Basisstationen. Jedoch
verwendet in dieser Ausführungsform
die erste Gruppe Zeitschlitze auf einer Trägerfrequenz in einem ersten
Frequenzband für
die Downlink-Übertragung
und Zeitschlitze auf einer Trägerfrequenz
in einem zweiten Frequenzband für
die Uplink-Übertragung,
wohingegen die zweite Gruppe Zeitschlitze auf der Trägerfrequenz
in dem zweiten Frequenzband für die
Downlink-Übertragung
verwendet und Zeitschlitze auf der Trägerfrequenz in dem ersten Frequenzband
für die
Uplink-Übertragung
verwendet. Dies ermöglicht
sowohl Uplink- als auch Downlink-Übertragung auf allen Frequenzen,
aber vermeidet gleichzeitiges Senden und Empfangen in derselben
Einheit (beispielsweise in derselben BS oder derselben MS). In dieser
Ausführungsform
wird ein erstes Zeitintervall immer für die Uplink-Übertragung
verwendet, und ein zweites Zeitintervall wird immer für die Downlink-Übertragung verwendet. Diese
Anordnung ermöglicht
die asymmetrische Nutzung der Frequenzbänder, wie weiter unten noch
erklärt
wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird die vorliegende Erfindung für
feste Verbindungen in einem RLL-System verwendet, beispielsweise
für Verbindungen
zwischen einer Netzwerksteuerung und Gebäuden, die sich in einer großen räumlichen
Entfernung befinden, beispielsweise in der Größenordnung von 20 km.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird dynamische Kanalwahl (Dynamic Channel
Selection–DCS)
verwendet, indem in der MS nicht nur – wie beim Stand der Technik – die Downlink-Zeitschlitze
abgehört
werden, die nicht von der Mobilstation selbst verwendet werden, sondern
auch die Downlink-Zeitschlitze einer anderen Gruppe aus Basisstationen,
wodurch eine Kanalwahl von Kanälen
möglich
ist, die zu der einen oder zu der anderen Gruppe aus Basisstationen
gehören, wenn
die Übergabe
oder die ursprüngliche
Auswahl eines Kanals für
einen Anruf erfolgt.
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Ein
wichtiger technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht
darin, dass sie einem synchronisierten TDMA-TDD/FDD-System Spektrumeffizienz
verleiht, indem es die ungenutzten 50 % der Zeit nutzt, die in Funkbasisstationen
verfügbar
wird, wenn bi-direktionale (Duplex-) Kommunikationskanäle nur 50
% eines Uplink-Trägers
und 50 einer Downlink-Trägerfrequenz
verwenden.
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Ein
weiterer wichtiger technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung
besteht darin, dass die früher ungenutzten
50 der Zeit, die auf Uplink- und Downlink-Trägern zur Verfügung stehen,
dadurch genutzt werden, das ein Teil, beispielsweise 50 %, der Übertragung
verzögert
wird, wodurch alle regulatorischen Vorgaben erfüllt werden, die besagen, dass
immer ein Frequenzband im Uplink-Verkehr und ein anderes Frequenzband
im Downlink-Verkehr zu nutzen ist.
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Ein
weiterer wichtiger technischer Vorteil besteht darin, dass die früher ungenutzten
50 % der Zeit, die auf Uplink- und
Downlink-Trägern
zur Verfügung
stehen, bei Fehlen einer solchen im vorangegangenen Absatz genannten
regulatorischen Vorgabe in einer alternativen Weise genutzt werden
können, indem,
anstatt dem Uplink- bzw. Downlink-Verkehr Frequenzbänder zuzuweisen,
dem Downlink-Verkehr ein erster Zeitraum zugewiesen wird und dem
Uplink-Verkehr ein zweiter Zeitraum zugewiesen wird. Diese Zuweisung
hat den Vorteil, dass sie einen asymmetrischen Verkehrs-Uplink und
-Downlink gestattet, wie es beispielsweise für Internet-Anwendungen erforderlich
ist. Ein zusätzlicher
Vorteil besteht darin, dass bei jeder Mehrkanalnutzung Frequenz-Hopping
zwischen Zeitschlitzen einer Mehrfachzeitschlitz-Burstreihe erfolgen
kann, wodurch sich die Übertragungsqualität verbessert.
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Ein
weiterer wichtiger technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung
besteht darin, dass sie die Kostenvorteile des TDMA-TDD mit dem
Vorteil der Funkferntelefonie des TDMA-FDD verbindet. Das ist besonders
beim RLL von Nutzen, weil größere Entfernungen
von einer Netzwerksteuerung zu räumlich abgesetzten
Basisstationen durch TDMA-TDD/FDD-Funkverbindungen abgewickelt werden
können,
während
lokale Kurzstrecken-Funkverbindungen zwischen Basisstationen und
Mobilstationen mit dem herkömmlichen
TDMA-TDD arbeiten können,
wobei aber TDMA-TDD/FDD als alternative Möglichkeit nicht ausgeschlossen
ist.
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Ein
weiterer wichtiger technischer Vorteil besteht darin, dass das erfindungsgemäße TDMA-TDD/FDD-System
erstmalig in der Mobiltelefonie die Vorteile des TDMA-FDD, wie beispielsweise Funkfernverbindungen,
bietet, ohne dass Frequenzplanung erforderlich ist, weil das erfindungsgemäße TDMA-TDD/FDD-System–in einer
Ausführungsform – mit dynamischer
Kanalwahl (Dynamic Channel Selection – DCS) durch die Mobilstationen
arbeitet, was bei TDMA-TDD-Systemen üblich ist, was aber bisher noch
nicht bei TDMA-FDD-Systemen
angewendet wurde.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
sie es ermöglicht,
dass zwei Betreiber in denselben Frequenzbändern arbeiten können. Bisher
waren verschiedene Betreiber von TDMA-FDD-Systemen auf unterschiedliche
Frequenzbänder
beschränkt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung – zusammen
mit weiteren Aufgaben und Vorteilen – wird am besten anhand der
folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen
verständlich.
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1 zeigt
schematisch ein zellulares Mobilfunkkommunikationssystem.
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2 zeigt
schematisch die Nutzung einer Trägerfrequenz
in einem TDMA-TDD-System.
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3 zeigt
schematisch die Nutzung zweier Trägerfrequenzen in einem TDMA-FDD-System.
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4 zeigt
schematisch die Nutzung zweier Trägerfrequenzen in einem TDMA-TDD/FDD-System
nach dem Stand der Technik.
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5 zeigt
schematisch die Nutzung zweier Trägerfrequenzen gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt
schematisch die Nutzung zweier Trägerfrequenzen in einer Ausführungsform,
die Vollleistungskanäle
in einem GSM-System implementiert, das gemäß der vorliegenden Erfindung
modifiziert wurde.
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7 zeigt
schematisch die Nutzung zweier Trägerfrequenzen gemäß einer
alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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8 zeigt
schematisch die Nutzung zweier Trägerfrequenzen gemäß einer
asymmetrischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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9 zeigt
schematisch die Nutzung zweier Trägerfrequenzen gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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10 zeigt
schematisch ein zellulares Mobilfunkkommunikationssystem mit einer
Funkverbindung zwischen einer Netzwerksteuerung und Funkbasisstationen.
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11 ist
ein Ablaufdiagramm, das ein dynamisches Kanalwahlverfahren veranschaulicht,
das für
ein TDMA-TDD/FDD-System
geeignet ist, das gemäß der Ausführungsform
von 5 arbeitet.
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12 ist
ein vereinfachtes Blockschaubild einer Mobilstation, die sich für die Durchführung des dynamischen
Kanalwahlverfahrens von 11 eignet.
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13 ist
ein Ablaufdiagramm, das ein dynamisches Kanalwahlverfahren veranschaulicht,
das für
ein TDMA-TDD/FDD-System
geeignet ist, das gemäß der Ausführungsform
von 7 arbeitet.
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14 ist
ein vereinfachtes Blockschaubild einer Mobilstation, die sich für die Durchführung des dynamischen
Kanalwahlverfahrens von 13 eignet.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
Terminologie bei TDMA-TDD- und TDMA-FDD-Systemen nach dem Stand
der Technik ist uneinheitlich. Für
die Zwecke dieser Beschreibung wird darum die folgende Terminologie
verwendet: Ein Downlink-Datenübertragungsblock
ist eine Gruppierung aufeinanderfolgender Zeitschlitze (Bursts),
die von einer Basisstation übertragen
werden.
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Ein
Uplink-Datenübertragungsblock
ist eine Gruppierung aufeinanderfolgender Zeitschlitze, die in einer
Basisstation empfangen werden.
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Ein
Duplex-Datenübertragungsblock
ist die Kombination aus den Downlink- und Uplink-Datenübertragungsblöcke.
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1 zeigt
schematisch einen Teil eines zellularen Mobilfunkkommunikationssystems.
Eine Netzwerksteuerung, beispielsweise eine Mobildienste-Vermittlungszentrale
(Mobile Services Switching Center – MSC) ist mit zwei geografisch
getrennten Basisstationen BS1 und BS2 im selben Gebiet (mit teilweise überlappender
Funkflächendeckung)
verbunden. Die Basisstationen BS1 und BS2 stehen mit Mobilfunkstationen
MS1 bzw. MS2 in Funkkontakt. Die vorliegende Erfindung betrifft
vor allem die Art der Funkverbindung zwischen diesen Basis- und
Mobilstationen.
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2 zeigt
schematisch die Nutzung einer Trägerfrequenz
in einem Frequenzband, das von einem TDMA-TDD-System nach dem Stand
der Technik benutzt wird. Eine Basisstation, beispielsweise BS1,
sendet Downlink-Verkehr in einem mit TX gekennzeichneten Zeitschlitz
in einem Downlink-Datenübertragungsblock 100 auf
einer Trägerfrequenz
F zur Mobilstation MS1. Die Mobilstation MS1 sendet Uplink-Verkehr
in einem mit RX gekennzeichneten Zeitschlitz in einem Uplink-Datenübertragungsblock 102 (der
Schlitz ist mit RX gekennzeichnet, um anzuzeigen, dass die Basisstation
während
dieses Zeitschlitzes als Empfänger
arbeitet) auf derselben Trägerfrequenz
F zur Basisstation BS1. Die Downlink-Datenübertragungsblöcke 100, 102 bilden
zusammen einen Duplex-Datenübertragungsblock.
Der Downlink-Datenübertragungsblock 104 ist
der erste Teil des nächsten
Duplex-Datenüber tragungsblocks, in
dem sich dieses Muster wiederholt. Es ist anzumerken, dass die Zeitschlitze
TX und RX, die zum selben Duplexkanal gehören, die gleiche Position relativ
zum Anfang ihres jeweiligen Datenübertragungsblocks (Downlink
und Uplink) haben.
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3 zeigt
schematisch die Nutzung zweier Trägerfrequenzen in zwei Frequenzbändern, die
von einem TDMA-FDD-System
nach dem Stand der Technik, beispielsweise dem GSM-System, verwendet
werden. In diesem Fall wird die Downlink-Übertragung
von der Uplink-Übertragung
getrennt, indem die beiden Aufgaben auf verschiedenen Trägerfrequenzen
FTX und FRX ausgeführt
werden. Es werden Duplexverbindungen durch die wiederholten Downlink-
und Uplink-Zeitschlitze TX, RX auf den Datenübertragungsblock-Paaren (106, 112),
(108, 114) und (110, 116) hergestellt.
Es ist zu beachten, dass die Uplink-Datenübertragungsblöcke relativ
zu den Downlink-Datenübertragungsblöcken verzögert werden
(3 Zeitschlitze beim GSM), wenn man Senden und Empfangen in einer
Basisstation vergleicht.
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4 zeigt
schematisch die Nutzung zweier Trägerfrequenzen in zwei Frequenzbändern in
einem TDMA-TDD/FDD-System
nach dem Stand der Technik. Wie beim TDMA-FDD ist die Downlink-Übertragung
von der Uplink-Übertragung
getrennt, indem die beiden Aufgaben auf verschiedenen Trägerfrequenzen
FTX und FRX ausgeführt
werden. Dabei ähnelt dieses
kombinierte System aber auch einem TDMA-TDD-System, weil Downlink-
und Uplink-Datenübertragungsblöcke auch
zeitlich in der gleichen Weise getrennt werden wie bei einem TDMA-TDD-System.
Ein Duplex-Datenübertragungsblock
wird aus dem Downlink-Datenübertragungsblock 118 und dem
Uplink-Datenübertragungsblock 122 gebildet. Der
Downlink-Datenübertragungsblock 120 ist
der erste Teil des nächsten
Duplex-Datenübertragungsblocks.
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Wie
aus 4 zu erkennen ist, verwendet dieses TDMA-TDD/FDD-System nach
dem Stand der Technik jede Trägerfrequenz
nur zu 50 % der Zeit. Während
der Leerzeiträume
sendet die Basisstation nicht und empfängt auch nicht, was sehr ineffizient
ist.
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5 zeigt
schematisch die Nutzung zweier Trägerfrequenzen in zwei nicht-überlappenden
Frequenzbändern
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie bei dem TDMA-TDD-System von 4 wird
auch hier davon ausgegangen, dass die Downlink-Datenübertragungsblöcke 118, 120 und
der Uplink-Datenübertragungsblock 122 die
Duplexverbindung BS1-MS1 beinhalten. Jedoch werden gemäß der vorliegenden
Erfindung die Leerzeiträume
von 4 von einer anderen Basisstation genutzt, beispielsweise
der Basisstation BS2 in 1, um weitere Verbindungen bereitzustellen,
wie beispielsweise eine Verbindung BS2-MS2. Dies wird durch die
in Strichlinie gezeichneten Downlink- und Uplink-Datenübertragungsblöcke 128 bzw. 124, 126 dargestellt.
In dieser Figur und einigen der folgenden Figuren verwendet die
Verbindung BS2-MS2 denselben Zeitschlitz wie die Verbindung BS1-MS1.
Die Verbindung BS2-MS2 kann aber alternativ auch jeden anderen Zeitschlitz
in diesem Datenübertragungsblock
verwenden. Es ist außerdem
zu beachten, dass die Basisstation BS2 noch immer auf der Frequenz
FTX sendet und auf der Frequenz FRX empfängt, aber das Senden (und Empfangen)
ist im Vergleich zur Basisstation BS1 um einen halben Duplex-Datenübertragungsblock
verzögert.
Das gleiche Prinzip kann auch für
andere Trägerfrequenzpaare
in den beiden Frequenzbändern, zu
denen die Frequenzen FTX und FRX gehören, verwendet werden. Durch
Bereitstellen zweier Gruppen synchronisierter Basisstationen und
zeitliches Verschieben des Sendens (und Empfangens) der Gruppen
füllt die
vorliegende Erfindung somit die Leerzeiträume in dem System nach dem
Stand der Technik von 4 aus. Das Synchronisieren und Zeitverschieben
wird durch die Netzwerksteuerung MSC von 1 gesteuert.
Die Basisstationen BS1 und BS2 haben teilweise überlappende Funkflächendeckung,
liegen aber geografisch weit genug auseinander, dass der Empfang
von Mobilstationen durch eine Basisstation nicht durch das Senden
an Mobilstationen durch die andere Basisstation gestört wird. Da
die Frequenzen FTX und FRX verscheiden sind (in dem GSM-System beispielsweise
45 MHz auseinander), reicht eine Trennung von etwa 10 m in der Regel
aus. Diese Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschränkt auch die Downlink-Übertragung
auf ein einziges Frequenzband und die Uplink-Übertragung auf ein anderes
Frequenzband–ein
Merkmal, das von den Vorschriften in einigen Ländern oft verlangt wird.
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6 zeigt
schematisch die Nutzung zweier Trägerfrequenzen in zwei nicht-überlappenden
Frequenzbändern
in einer Ausführungsform,
die Vollleistungskanäle
in einem GSM-System implementiert, das gemäß der vorliegenden Erfindung
modifiziert wurde. Die Verzögerung
zwischen Uplink-Datenübertragungsblöcken und
Downlink-Datenübertragungsblöcken wurde
von 3 auf 8 Zeitschlitze erhöht,
um Senden und Empfangen durch die Basisstation sowohl in der Zeit
als auch in der Frequenz zu trennen. Des Weiteren werden die "Leerlauf"-Zeiträume durch eine
zweite Basisstation ausgefüllt,
deren Senden und Empfangen mit der ersten Basisstation synchronisiert
ist, aber relativ zur ersten Basisstation um einen Downlink-Datenübertragungsblock
verzögert
ist. Vollleistungskanäle
werden durch Verwendung zweier Zeitschlitze in jedem Downlink-Datenübertragungsblock
und Uplink-Datenübertragungsblock
implementiert. In dieser Ausführungsform
werden dem Vollleistungskanal zwei Zeitschlitze in jedem Downlink-
und Uplink-Datenübertragungsblock
zugewiesen. In der in 6 veranschaulichten Ausführungsform
folgen diesen beiden Zeitschlitze aufeinander, was aber nicht notwendig
ist. Sie könnten
auch um beispielsweise einen, zwei oder drei Zeitschlitze getrennt
sein.
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7 zeigt
schematisch die Nutzung zweier Trägerfrequenzen in zwei nicht-überlappenden
Frequenzbändern
gemäß einer
alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie bei dem TDMA-TDD-System von 4 und
der Ausführungsform
von 5 wird auch hier davon ausgegangen, dass die Downlink-Datenübertragungsblöcke 118, 120 und
der Uplink-Datenübertragungsblock 122 die Duplexverbindung
BS1-MS1 beinhalten. Die Duplexverbindung BS2-MS2 wird durch die
Downlink-Datenübertragungsblöcke 130, 132 und
den Uplink-Datenübertragungsblock 134 bereitgestellt.
Jedoch sind bei dieser alternativen Ausführungsform die Downlink- und
Uplink-Übertragung
nicht auf getrennte Frequenzbänder
beschränkt.
Stattdessen senden die durch die MSC synchronisierten Basisstationen
der beiden Gruppen gleichzeitig und empfangen gleichzeitig. Es ist
zu beachten, dass jede Trägerfrequenz sowohl
für die
Downlink- als auch
für die
Uplink-Übertragung
verwendet wird (darum wurden sie nicht als FTX und FRX wie in 5 bezeichnet,
sondern als F1 und F2). Diese alternative Ausführungsform kann dadurch gekennzeichnet
werden, dass man sagt, dass alle Basisstationen "das Gleiche (Senden oder Empfangen)
zur selben Zeit tun",
wohingegen die Ausführungsform
von 5 dadurch gekennzeichnet werden kann, dass man
sagt, dass alle Basisstationen "das
Gleiche (Senden oder Empfangen) auf demselben Frequenzband tun". Des Weiteren erfordert
diese Ausführungsform
keine geografische Trennung der Basisstationen BS1 und BS2.
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8 zeigt
schematisch die Nutzung zweier Trägerfrequenzen in zwei nicht-überlappenden
Frequenzbändern
gemäß einer
asymmetrischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Eine weitere Analyse der Aussage aus
dem vorangegangenen Absatz, dass Basisstationen "das Gleiche (Senden oder Empfangen)
zur selben Zeit tun",
offenbart, dass es in einer solchen Ausführungsform eigentlich nicht
notwendig ist, dass Downlink-Datenübertragungsblöcke die
gleiche Dauer haben wie Uplink-Datenübertragungsblöcke. Das
führt zu
der Möglichkeit einer
asymmetrischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wie in 8 veranschaulicht.
In der Ausführungsform
von 8 sind die beiden verfügbaren Trägerfrequenzen für nur zwei
Duplexverbindungen, BS1-MS1 bzw. BS2-MS2, reserviert. Diese Verbindungen
sind beide asymmetrisch in dem Sinne, dass die Downlink-Datenübertragungsblöcke viel
länger
sind als die Uplink-Datenübertragungsblöcke. Diese
Asymmetrie ist sehr nützlich,
beispielsweise wenn eine Mobilstation mit dem Internet verbunden
ist. Eine solche Internet-Verbindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass viel mehr Daten zu einer Mobilstation gesendet werden, als
aus der Richtung der Mobilstation empfangen werden. Eine asymmetrische
Verbindung kann durch die Netzwerksteuerung MSC hergestellt werden,
indem sie eine Trägerfrequenz
von jedem Band reserviert. Es ist jedoch anzumerken, dass, wenn
eine solche asymmetrische Verbindung hergestellt wird, die andere
Verbindung (welche die Leerzeiträume
ausfüllt)
auf denselben Trägerfrequenzen
auch exakt die gleiche Asymmetrie aufweisen muss (weil sie "das Gleiche (Senden
oder Empfangen) zur selben Zeit tun" muss).
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9 zeigt
schematisch die Nutzung zweier Trägerfrequenzen in zwei nicht-überlappenden
Frequenzbändern
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform wird eine dritte
Gruppe aus Basisstationen, die eine Basisstation BS3 enthält, hinzugefügt. Die
Basisstationen jeder Gruppe senden auf der Frequenz FTX und empfangen
auf der Frequenz FRX. Diese Ausführungsform
veranschaulicht die Tatsache, dass mehr als zwei Gruppen aus Basisstationen verwendet
werden können,
um den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung zu implementieren.
Da einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung darin besteht,
die Möglichkeit
zu schaffen, dass mehrere Betreiber dieselben Frequenzbänder verwenden,
ist diese Ausführungsform
interessant, wenn mehr als zwei Betreibern dieselben Frequenzbänder zugewiesen
werden. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform kommt in der Situation
zum Tragen, wo ein Betreiber mehr Datenverkehr hat als ein anderer
Betreiber, der dieselben Frequenzbänder verwendet. Dann nämlich kann
der erste Betreiber zwei Gruppen aus Basisstationen verwenden, während der
andere Betreiber nur eine einzige Gruppe verwendet.
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10 zeigt
schematisch ein zellulares Mobilfunkkommunikationssystem mit einer
Funkverbindung zwischen einer Netzwerksteuerung und Funkbasisstationen.
Wie oben schon erläutert,
erfolgen gemäß der Erfindung
Senden und Empfangen in Basisstationen nicht gleichzeitig, was beträchtliche
Kosteneinsparungen in den Basisstationen ermöglicht, weil es technisch einfacher
ist, Senden und Empfangen zeitlich zu trennen, als Senden und Empfangen frequenzmäßig zu trennen.
Wenn jedoch gleichzeitiges Senden und Empfangen notwendig ist, wie
es bei Netzwerksteuerungen der Fall sein kann, so ist eine Frequenztrennung
möglich
(zu erhöhten
Kosten), indem in der Steuerung Filter und Richtungsantennen verwendet
werden. In 10 sind Funkbasisstationen BS1,
BS2 gezeigt, die unterschiedlichen Versatz zum Kommunizieren mit
den Mobilstationen MS1 bzw. MS2 verwenden. Die Netzwerksteuerung
MSC wird sendemäßig als
eine Mobilstation behandelt, so dass in der Steuerung gleichzeitiges
Senden und Empfangen bewirkt wird.
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In
einer alternativen Ausführungsform,
die in 10 nicht gezeigt ist, gibt es
zwei Netzwerksteuerungen, die jeweils einer der Funkbasisstationen BS1,
BS2 zugeordnet sind. Diese Ausführungsform kann
verwendet werden, wenn zwei unabhängige Betreiber im selben geografischen
Gebiet aktiv sind. Die Erfindung verlangt, dass sie ihre Systeme
synchronisieren, aber ansonsten können sie die Systeme vollkommen
unabhängig
voneinander betreiben, weil jedem von ihnen 50 % der auf den Frequenzbändern verfügbaren Zeit
zugewiesen wird.
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Das
Mobilfunksystem nach dem Stand der Technik von 2 kann
mit dynamischer Kanalwahl – DCS – arbeiten.
DCS nach dem Stand der Technik für
DECT TDMA-TDD-Anwendungen ist in Sektion 11.4 in ETSI ETS 300 175 – 3: "Radio Equipment and Systems
(RES); Digital European Cordless Telecommunications (DECT) Common
Interface Part 3: Medium access control layer" und in Anhang E in ETSI ETR 310: "Traffic capacity
and spectrum requirements for multi-system and multi-service applications co-existing
in a common frequency band" beschrieben.
Die Verkehrskanalauswahl erfolgt durch die Mobilstation. Bei symmetrischen
Duplexkanälen
wird die erste Hälfte
des Datenübertragungsblocks
(5 ms) für Downlink-Zeitschlitze
verwendet, und die zweite Hälfte
(5 ms) wird für
die Uplink-Zeitschlitze verwendet. Bei Duplexkanälen wird jeder Downlink-Zeitschlitz
mit einem Uplink-Zeitschlitz
gepaart, die beide auf derselben Trägerfrequenz arbeiten. Die Mobilstation
wählt für jeden
neuen Anruf oder jede neue Übergabe
aus den verfügbaren
Kanälen
den Kanal (das Duplexpaar) aus, auf dem die wenigsten Störungen vorhanden
sind. Bei diesem Prozess nimmt die Mobilstation nur Messungen im
Downlink-Datenübertragungsblock
vor. Dass Messungen nur downlinkseitig vorgenommen werden müssen, hat
den Grund, dass bei Duplexverbindungen der entsprechende Uplink nur
zusammen mit dem Downlink verwendet wird. Darum besteht eine sehr
hohe lokale Korrelation zwischen der Qualität des gemessenen Downlinks
und der Qualität
der entsprechenden folgenden Duplexverbindung, und es genügt, die
Downlinks für
Qualitätseinschätzungen
der Duplexkanäle
zu verwenden. Beim TDMA-TDD/FDD gemäß der vorliegenden Erfindung
verwenden die Downlink- und Uplink-Datenübertragungsblöcke nicht
nur verschiedene Teile des Duplex-Datenübertragungsblocks (erste und
zweite Hälfte),
sondern auch verschiedene Trägerfrequenzen
(siehe 5). Diese Änderung
erfordert keine Änderung
an dem oben erwähnten
grundlegenden DCS-Verfahren. Es genügt immer noch, nur die Downlink-Datenübertragungsblöcke für Qualitätseinschätzungen
der Duplexkanäle
zu verwenden, solange die Mobilstation nur Zugang zu synchronisierten Basisstationen
mit dem gleichen Zeitversatz haben soll (nur eine der Gruppen aus
Basisstationen).
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Jedoch
werden bei dem TDMA-TDD/FDD-System der vorliegenden Erfindung die
beiden Träger
für jede
Gruppe aus Basisstationen nur die Hälfte der Zeit genutzt. Darum
können,
wie oben mit Bezug auf 5 beschrieben, zwei Gruppen
aus Basisstationen mit Datenübertragungsblöcken definiert
werden, die einen relativen Versatz von einem halben Duplex-Datenübertragungsblock
aufweisen (oder bei 3 Gruppen aus Basisstationen, wie in 9,
die einen relativen Versatz von einem Drittel eines Duplex-Datenübertragungsblocks).
Auf diese Weise werden die träger
FTX und FRX vollständig genutzt.
Solange jede Mobilstation Zugang zu lediglich einer der Gruppen
aus Basisstationen haben soll, gilt das obige grundlegende DCS-Verfahren
nach wie vor (eine brauchbare Beschränkung für RLL-Anwendungen). Wenn aber
eine Mobilstation zu allen Gruppen aus Basisstationen Zugang haben
soll und in der Lage sein soll, eine Übergabe zwischen ihnen vorzunehmen,
dann muss das obige DCS-Verfahren modifiziert werden. Die Mobilstation
ist immer fest an eine Basisstation angekoppelt, die zu einer Gruppe
aus Basisstationen gehört.
Um eine Übergabe
oder einen Rufaufbau zu einer Basisstation, die zu einer anderen
Gruppe gehört,
vorzunehmen, muss die Mobilstation die Downlinks mit dem Versatz
abtasten, wie er für
diese neue Gruppe definiert ist. Die Änderung in dem DCS besteht
also darin, dass die Mobilstation in der Lage sein muss, auf ihrem
Empfangsträger nicht
nur den halben Duplex-Datenübertragungsblock,
sondern den ganzen Duplex-Datenübertragungsblock
abzutasten.
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11 ist
ein Ablaufdiagramm, das ein dynamisches Kanalwahlverfahren veranschaulicht,
das für
ein TDMA-TDD/FDD-System
geeignet ist, das gemäß der Ausführungsform
von 5 arbeitet. Das Verfahren beginnt mit Schritt
S1. Schritt S2 misst die Kanalqualität in Downlink-Datenübertragungsblöcken, die
zur Gruppe 1 aus Basisstationen gehören. In Schritt S3 werden durch
die Mobilstation Versatzinformationen bezüglich der Gruppe 1 empfangen. Schritt
S4 misst die Kanalqualität
in Downlink-Datenübertragungsblöcken, die
zur Gruppe 2 aus Basisstationen gehören. In Schritt S5 werden durch
die Mobilstation Versatzinformationen bezüglich der Gruppe 2 empfangen.
Schritt S6 entscheidet, welcher Downlink-Kanal auf welcher Frequenz
am wenigsten gestört
ist, und Schritt S7 stellt eine feste Ankopplung an den entsprechenden
Kanal her und justiert das Timing entsprechend dem Versatz für die entsprechende
Gruppe aus Basisstationen. Damit endet das Verfahren in Schritt
S8.
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12 ist
ein vereinfachtes Blockschaubild einer Mobilstation MS, die sich
für die
Durchführung des
dynamischen Kanalwahlverfahrens von 11 eignet.
Ein Sender TX und ein Empfänger
RX werden durch eine Steuereinheit CU über die Vermittlungen SW1,
SW2 gesteuert, welche durch ein Steuersignal C gesteuert werden.
Die Vermittlungen SW1, SW2 verbinden entweder den Sender TX oder
den Empfänger
RX mit der Steuereinheit CU und einer Antenne A. Wenn die Mobilstation
MS nicht sendet, so misst sie das Störungsausmaß und das Timing in Zeitschlitzen
(von Basisstationen in beiden Gruppen) auf Trägerfrequenzen im Downlink-Frequenzband. Sie
aktualisiert auch ständig
einen Speicherort CH, der die Kanalidentifikation des am wenigsten
gestörten
Kanals und sein Timing speichert. Die Steuereinheit CU wird in der
Regel in Form eines Mikroprozessors oder einer Mikro-/Signalprozessor-Kombination und
eines entsprechenden Steuerungsprogramms P1 implementiert.
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Bei
der Ausführungsform
von 7 braucht die Mobilstation keinen Versatz zwischen
verschiedenen Gruppen aus Basisstationen in Verbindung mit dem DCS
zu berücksichtigen.
Da aber nun Downlinks auf zwei Frequenzen F1 und F2 gleich zeitig existieren,
muss sie die Kanalqualität
auf zwei Downlink-Frequenzbändern
anstatt nur auf einem einzigen Frequenzband messen. Sie muss des
Weiteren in der Lage sein, auf jedem Band zu senden und zu empfangen,
da sie fest an eine Basisstation aus beiden Gruppen ankoppeln kann.
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13 ist
ein Ablaufdiagramm, das ein dynamisches Kanalwahlverfahren veranschaulicht,
das für
ein TDMA-TDD/FDD-System
geeignet ist, das gemäß der Ausführungsform
von 7 arbeitet. Das Verfahren beginnt bei Schritt
S10. Schritt S11 misst in der Mobilstation die Kanalqualität in Downlink-Datenübertragungsblöcken, die
zur Gruppe 1 aus Basisstationen gehören, welche in einem ersten
Frequenzband senden. Analog dazu misst Schritt S12 die Kanalqualität in Downlink-Datenübertragungsblöcken, die
zur Gruppe 2 aus Basisstationen gehören, welche in dem zweiten
Frequenzband senden. Schritt S13 entscheidet, welcher Downlink-Kanal
am wenigsten gestört
ist, und Schritt S14 stellt eine feste Ankopplung an den entsprechenden
Kanal her. Damit endet das Verfahren in Schritt S15.
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14 ist
ein vereinfachtes Blockschaubild einer Mobilstation, die sich für die Durchführung des dynamischen
Kanalwahlverfahrens von 13 eignet.
Das Blockschaubild ähnelt
dem Blockschaubild von 12. Der hauptsächliche
Unterschied besteht darin, dass die Steuereinheit CU ein weiteres
Steuerungsprogramm P2 ausführt,
welches die Störungen in
Zeitschlitzen in beiden Frequenzbändern misst. Die Steuereinheit
CU steuert außerdem
(mit den Steuersignalen C1 und C2) den Sender TX und dem Empfänger RX
so, dass sie je nach dem momentan gewählten Kanal in beiden Bändern senden
und empfangen.
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Dem
Fachmann ist klar, dass an der vorliegenden Erfindung verschiedene
Modifikationen und Änderungen
vorgenommen werden können,
ohne vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung, der in den
angehängten
Ansprüchen
definiert ist, abzuweichen.