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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Übertragung von Daten mithilfe
von Funksignalen, die zwischen einer Mobilstation und einer Mehrzahl
von Basisstationen gesendet werden. Ferner betrifft die vorliegende
Erfindung ein Funkübertragungsgerät, das dafür vorgesehen
ist, Daten mithilfe von Funksignalen zwischen einer Mobilstation
und einer Mehrzahl von Basisstationen zu übertragen.
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Mobilfunkübertragungssysteme
sind dafür ausgelegt,
Daten mithilfe von Funksignalen, die zwischen Mobilstationen und
einer Mehrzahl von Basisstationen gesendet werden, zu übertragen.
Die Basisstationen des Mobilfunkübertragungssystems
sind untereinander verbunden, sodass sie ein Mobilfunknetz bilden.
Funkübertragungsressourcen
wie etwa Teile des Funkfrequenzspektrums werden den Basisstationen
derart zugewiesen, dass Mobilstationen gleichzeitig Daten übertragen
können,
indem sie diese zugewiesenen Funkübertragungsressourcen von einem
beliebigen Ort innerhalb des Funkversorgungsbereichs, der von dem
Mobilfunknetz bereitgestellt wird, nutzen.
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Jeder
Basisstation des Mobilfunkübertragungssystems
ist ein geografischer Bereich zugeordnet, innerhalb dessen eine
Mobilstation mithilfe von Funksignalen mit der Basisstation kommunizieren kann,
wobei diese jeder anderen Basisstation vorgezogen wird. Dieser geografische
Bereich wird als Funkzelle bezeichnet. Zusammen bilden die von den Basisstationen
des Mobilfunknetzes bereitgestellten Funkzellen den Funkversorgungsbereich
mit der Wirkung, dass Mobilstationen innerhalb des Funkversorgungsbereichs
den Standort wechseln können
und dabei gleichzeitig die Möglichkeit
haben, über
die zugewiesenen Funkübertragungsressourcen
Funksignale zu übertragen.
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Um
die Auslastung der Funkübertragungsressourcen
zu optimieren, können
unter Umständen dieselben
Ressourcen jeder einzelnen aus einer Gruppe von Basisstationen,
die innerhalb des Mobilfunknetzes angeordnet sind, zugewiesen sein,
was bewirkt, dass diese Funkübertragungsressourcen wieder
verwendet werden, wodurch eine Verbesserung in einer Anzahl von Übertragungskanälen erzielt wird,
die von dem Mobilfunkübertragungssystem gleichzeitig
unterstützt
werden. Bei den Funkübertragungsressourcen
kann es sich etwa um Funkfrequenzträgersignale, Zeitschlitze oder,
im Fall des Vielfachzugriffs im Codemultiplex-Verfahren (CDMA, Code
Division Multiple Access), Spreizcodes handeln.
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Mobilfunknetze
sind mit Mitteln ausgestattet, durch die die Mobilstationen die
Anbindung an die Basisstationen des Netzes wechseln können, wenn sich
die Mobilstation innerhalb des Funkversorgungsbereichs bewegt, was
zur Folge hat, dass die Funksignale mit verschiedenen Basisstationen
ausgetauscht werden, je nach dem, welche der Basisstationen zum
jeweiligen Zeitpunkt die besten Funkbedingungen für die Übertragung
der Funksignale bereitstellt. Dies erfolgt üblicherweise, wenn die Mobilstation
einer der Basisstationen näher
ist als jeder anderen Basisstation, und wenn aus diesem Grund die
Ausbreitungsbedingungen für
Funksignale zwischen der betreffenden Basisstation und der Mobilstation
die geringste Funkfelddämpfung
bieten.
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Um
eine unterbrechungsfreie Übertragung der
Daten zu gewährleisten,
wenn sich die Mobilstationen innerhalb des Mobilfunknetzes bewegen
und dabei die Anbindung an die Basisstationen wechseln, ist das
Mobilfunkübertragungssystem mit
einem Mittel für
die Übertragung
von Daten ausgestattet, das die verschiedenen Basisstationen nutzt
entsprechend dem Wechsel der Anbindung der Mobilstationen von einer
Basisstation zur anderen. Dieser Wechsel der Anbindung wird als
Verbindungsübergabe
(engl. „Handover" oder „Handoff") bezeichnet. Diese
Bezeichnung soll im Folgenden beibehalten werden.
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Im
Falle von Mobilfunkübertragungssystemen
der zweiten Generation ist eine Mobilstation, die mit einer ersten
Basisstation kommuniziert, dafür ausgelegt,
die Übertragung
an eine folgende Basisstation zu übergeben, die effizientere
Bedingungen für
die Übertragung
von Funksignalen bietet, indem ein Übertragungskanal an einer folgenden
Basisstation aufgebaut wird, der gemäß einem Frequenzwiederbenutzungsmuster
auf einer anderen Trägerfrequenz
und in einem anderen Zeitschlitz liegt als der Übertragungskanal, der für die erste
Basisstation verwendet wurde.
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In
Mobilfunkübertragungssystemen
der dritten Generation ist ein wahrscheinlicher Kandidat für das Vielfachzugriffsschema
das Codemultiplex-Verfahren (CDMA). CDMA-Vielfachzugriffsschemata sind dadurch
gekennzeichnet, dass die Daten in irgendeiner Weise mit einem Spreizcode
oder einer Spreizsequenz kombiniert werden und anschließend dafür verwendet
werden, ein Funkfrequenzträgersignal
so zu modulieren, dass ein Empfänger
des Signals die Daten erkennen und regenerieren kann, indem die
empfangenen Signale mit dem Spreizcode kombiniert werden, der dem
Empfänger
bekannt ist. Durch die Verwendung des Spreizcodes können die Funksignale
gleichzeitig übertragen
werden, wodurch die Kapazität
in Bezug auf eine Anzahl von Übertragungskanälen, welche
für die
gleichzeitige Benutzung in dem Mobilfunkübertragungssystem der dritten
Generation unterstützt
werden kann, beträchtlich größer ist
als diejenige, die in einem Mobilfunkübertragungssystem der zweiten
Generation erzielbar ist.
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Obwohl
CDMA-Systeme dafür
ausgelegt sind, Daten mithilfe von Funksignalen, die gleichzeitig
mit anderen, nicht erwünschten
Funksignalen gesendet werden, zu übertragen, können die
Daten unter Umständen
nicht wiederhergestellt werden, wenn am Empfänger zu viele unerwünschte Funksignale anliegen
oder, anders ausgedrückt,
wenn die Leistung der empfangenen unerwünschten Signale größer ist
als ein vorab definierter Schwellenwert bezogen auf die Leistung
des erwünschten
Funksignals. Demnach sind CDMA-Systeme in dieser Hinsicht störanfällig.
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Ein
weiteres kennzeichnendes Merkmal des Codemultiplex-Verfahrens CDMA ist,
dass die gesendeten Funksignale eine größere Bandbreite aufweisen.
Daher ist es unwahrscheinlich, dass Mobilfunkübertragungssysteme der dritten
Generation dafür
ausgelegt sind, Trägerfrequenzen
wiederzubenutzen, sodass im gesamten Mobilfunknetz ein und dieselbe
Frequenz verwendet wird. Allerdings sind solche Systeme dafür ausgelegt,
Spreizcodes wiederzubenutzen.
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Wie
bei bekannten Mobilfunkübertragungssystemen
muss eine Mobilstation dafür
ausgelegt sein, ihre Anbindung an die Basisstationen zu wechseln,
wenn sich die Mobilstation innerhalb des von dem System bereitgestellten
Funkversorgungsbereichs bewegt. Es besteht demnach ein technisches Problem
bei der Bereitstellung einer im Wesentlichen unterbrechungsfreien
Datenübertragung,
wenn sich die Mobilstation in einem Mobilfunknetz bewegt, in dem
die Basisstationen mit Funkübertragungsressourcen
ausgestattet sind, die einander überlappende
oder zusammenfallende Teile des Funkfrequenzspektrums umfassen.
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Das
Dokument US-A-5 483 668 löst
dieses Problem für
ein auf dem TDMA-Verfahren (Time Division Multiple Access, Vielfachzugriff
im Zeitmultiplex-Verfahren) basierendes Netz, indem den Übertragungsstrecken
zwischen der Mobilstation und den Basisstationen unterschiedliche
Funkübertragungsressourcen
oder verschiedene Zeitschlitze zugewiesen werden. Übertragungssignale
werden auf den Strecken gleichzeitig gesendet, um eine nahtlose Verbindungsübergabe
zu ermöglichen.
In einem CDMA-System hat diese Lösung
allerdings den Nachteil, dass allgemeine Störungen verarbeitet [werden müssen], um
das ursprüngliche
Signal wiederherzustellen.
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Die
Aufgabe wird allgemein dadurch gelöst, dass erkannt wird, wenn
die Mobilstation in einen Verbindungsübergabebereich eingetreten
ist, in dem sie gegebenenfalls die Verbindung an eine andere Basisstation übergibt,
und dass bei allen Basisstationen, an die die Mobilstation möglicherweise
angebunden wird, Funkübertragungsressourcen
reserviert werden und die Daten über
eine der reservierten Funkübertragungsressourcen übertragen
werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zur Übertragung von Daten mithilfe
von Funksignalen, die zwischen einer Mobilstation und einer Mehrzahl
von Basisstationen gesendet werden, bereitgestellt, wobei das Verfahren
die folgenden Schritte umfasst: Senden von Funksignalen über erste
Funkübertragungsressourcen
zwischen der Mobilstation und einer ersten der Basisstationen; Erkennen,
wenn die Mobilstation in einen Verbindungsübergabebereich eingetreten
ist, in dem die Übertragung
mittels der Funksignale effizienter über mindestens eine andere
Basisstation abgewickelt werden kann; Zuweisen zusätzlicher
Funkübertragungsressourcen,
die der mindestens einen anderen Basisstation zugeordnet sind; und Übertragen
der Daten an entweder die erste oder die besagte mindestens eine andere
Basisstation über
eine der ersten oder der zusätzlich
zugewiesenen Funkübertragungsressourcen,
solange sich die Mobilstation in dem Bereich für eine nahtlose Verbindungsübergabe
befindet.
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Indem
das Mobilfunkübertragungssystem
so ausgelegt wird, dass es erkennt, wenn die Mobilstation in einen
Bereich eingetreten ist, in dem die Funkübertragung gegebenenfalls effizienter über mindestens
eine andere Basisstation abgewickelt werden kann, und indem zusätzliche
Funkübertragungsressourcen
zugewiesen werden, die jeder der anderen Basisstationen zugeordnet
sind, und indem Daten nur über
eine der ersten oder die zusätzlich
zugewiesenen Funkübertragungsressourcen übertragen
werden, kann eine Übergabe
der Datenübertragung
von der ersten Basisstation an die andere Basisstation ausgeführt werden,
ohne das Aufkommen an Störungen
für die übrigen Basisstationen
und Mobilstationen des Systems zu erhöhen.
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Auf
diese Weise kann, indem Daten nur über eine der oder die zugewiesenen
Funkübertragungsressourcen
entweder der ersten oder der anderen Basisstation übertragen
werden, eine Übergabe
ausgeführt
werden, ohne das Aufkommen an Störungen für die übrigen Basisstationen
und Mobilstationen des Systems zu erhöhen.
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Das
Verfahren kann ferner folgende Schritte beinhalten:
Erkennen,
wann die Übertragung
effizienter über
entweder die erste oder die mindestens eine andere Basisstation
abgewickelt werden kann; Übertragen
der Funksignale über
entweder die ersten oder die zusätzlich
zugewiesenen Funkübertragungsressourcen,
die der ersten oder der mindestens einen anderen Basisstation zugewiesen
sind; und Freigeben der übrigen
der ersten bzw. der zusätzlich
zugewiesenen Funkübertragungsressourcen.
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Die
mindestens eine andere Basisstation kann eine Mehrzahl von Basisstationen
sein, und der Schritt des Zuweisens zusätzlicher Funkübertragungsressourcen
umfasst das Zuweisen der zusätzlichen
Funkübertragungsressourcen
zu jeder der anderen Basisstationen.
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Der
Schritt des Erkennens, wann die Übertragung
effizienter über
die erste oder die mindestens eine andere Basisstation abgewickelt
werden kann, beinhaltet das Erkennen, welche der Mehrzahl von anderen
Basisstationen oder der ersten Basisstation den effizienteren Funkübertragungskanal
für die
Abwicklung der Datenübertragung
bereitstellt.
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Der
Begriff der Funkübertragungsressourcen,
wie er in dem vorliegenden Dokument verwendet wird, bezieht sich
auf und beinhaltet jegliche physische Ressourcen wie etwa Zeit,
Frequenz, Spreizcode oder Trainingssequenz, die dafür genutzt
werden können,
im Rahmen eines Mobilfunkübertragungssystems
Daten mithilfe von Funksignalen zu übertragen. Ein Vielfachzugriffsschema,
das von dem Mobilfunksystem verwendet wird, kann ein Zeitmultiplex-Codemultiplex
(TD-CDMA)-Zugriffsschema sein.
Die Funkübertragungsressourcen,
die der Mobilstation zugewiesen sind, können ein Spreizcode aus einer
Familie von Spreizcodes oder eine Trainingssequenz aus einer Familie
von Trainingssequenzen sein.
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Der
Begriff des Verbindungsübergabebereichs
bezieht sich auf eine Situation, in der eine Mobilstation bei einer
Basisstation, an die sie nicht angebunden ist, günstigere Ausbreitungsbedingungen
für das
Funksignal vorfindet als bei der Basisstation, an die sie gerade
angebunden ist. Dies kann der Fall sein, jedoch nicht nur, wenn
sich die Mobilstation im Bereich der Grenze der Funkzelle, welche
der Basisstation zugeordnet ist, befindet.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Funkübertragungsgerät bereitgestellt,
das Folgendes umfasst: eine Mobilstation und eine Mehrzahl von Basisstationen,
wobei sowohl die Mobilstation als auch die Mehrzahl von Basisstationen
einen Sender und einen Empfänger
aufweisen, die mit einer Steuerung gekoppelt sind, wobei der Empfänger in
mindestens entweder der Mobilstation oder der Mehrzahl von Basisstationen
dafür ausgelegt
ist, Funksignale zu erkennen, die von dem Sender der jeweils anderen
Mobilstation bzw. Basisstationen abgestrahlt werden, wobei die Steuerung
in mindestens entweder der Mobilstation oder der Mehrzahl von Basisstationen
erkennt, wenn die Mobilstation in einen Verbindungsübergabebereich
eingetreten ist, in dem die Übertragung
mittels der Funksignale unter Umständen effizienter über mindestens eine
andere Basisstation als die erste Basisstation abgewickelt werden
kann, wozu erste zugewiesene Funkübertragungsressourcen genutzt
werden, und zusätzliche
Funkübertragungsressourcen
zuweist, die für
die Übertragung
von Funksignalen zwischen der Mobilstation und der mindestens einen
anderen Basisstation genutzt werden können, und die Daten an entweder
die erste oder die mindestens eine andere Basisstation überträgt, wozu
eine der ersten oder der zusätzlich
zugewiesenen Funkübertragungsressourcen
genutzt wird, solange sich die Mobilstation in dem Bereich für eine nahtlose
Verbindungsübergabe
befindet, wodurch eine im Wesentlichen unterbrechungsfreie Übertragung
der Daten gewährleistet
wird, wenn sich die Mobilstation in Bezug auf die Basisstationen
bewegt, wobei gleichzeitig Störungen
für andere
Funkübertragungen
minimiert werden.
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Es
wird nun, lediglich beispielhaft, eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 ein
Blockdiagramm eines Mobilfunkübertragungssystems
darstellt;
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2 ein
Blockdiagramm einer Basisstation und einer Mobilstation enthält, die
in dem in 1 dargestellten Mobilfunkübertragungssystem enthalten
sind;
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3 eine
Darstellung eines Frequenzwiederbenutzungsschemas ist, das im Zusammenhang mit
der Zuweisung von Codes aus einer Familie von Codes zwischen den
Basisstationen des Netzes steht;
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4 eine
Darstellung von drei Basisstationen ist, die einen Prozess veranschaulicht,
in dem eine Mobilstation die Anbindung von einer Basisstation auf
eine andere umschaltet;
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5 eine
Darstellung der drei Basisstationen aus 4 ist, die
einen Prozess des Änderns des
Sendevorlaufs (Timing Advance) veranschaulicht;
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6 ein
Diagramm enthält,
das die drei in 4 und 5 gezeigten
Funkzellen mit den zugehörigen
Basisstationen und Mobilstationen in einem Prozess der Verbindungsumschaltung
darstellt;
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7 eine
Tabelle ist, die eine Zuweisung von Funkübertragungsressourcen zeigt,
die einer in 6 dargestellten Funkzelle zugeordnet
sind;
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8 eine
Tabelle ist, die eine Zuweisung von Funkübertragungsressourcen zeigt,
die einer anderen in 6 dargestellten Funkzelle zugeordnet sind;
und
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9 eine
Tabelle ist, die eine Zuweisung von Funkübertragungsressourcen zeigt,
die einer weiteren in 6 dargestellten Funkzelle zugeordnet
sind.
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Eine
beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf ein mobilfunkgestütztes Fernsprechsystem
beschrieben, das gemäß einem
Zeitmultiplex-Codemultiplex (TD-CDMA)-System
arbeitet. Es ist jedoch aufgrund der folgenden Beschreibung der
beispielhaften Ausführungsform
offensichtlich, dass die Erfindung auch in Mobilfunkübertragungssystemen
mit anderen Vielfachzugriffsschemata und Modulationsverfahren Anwendung
findet.
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Eine
Darstellung eines Teils eines Mobilfunkübertragungssystems ist in 1 enthalten.
In 1 werden drei Basisstationen BS gezeigt, die über eine
Mobilfunknetz-Infrastruktur NETZ miteinander verbunden sind. Daten
werden zwischen den Mobilstationen MS und den Basisstationen BS übertragen,
indem zwischen den Basisstationen BS und den Mobilstationen MS,
die in einem von jeder der Basisstationen bereitgestellten Funkversorgungsbereich
in Betrieb sind, Funksignale 1 gesendet bzw. empfangen
werden. Der Funkversorgungsbereich ist als gestrichelte Linie 2 dargestellt
und zeigt eine Grenze an, innerhalb deren Funkübertragungen mit den Mobilstationen
MS abgewickelt werden können. Bei
der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kommunizieren die
Mobilstationen MS mit den Basisstationen BS entsprechend einem Zeitmultiplex-Codemultiplex (TD-CDMA)-System.
Eine ausführlichere Erläuterung
der Art und Weise, wie Daten mithilfe eines Zeitmultiplex-Codemultiplex
(TD-CDMA)-Systems übertragen
werden, ist in einem Fachartikel mit dem Titel „Performance of a Cellular
Hybrid C-TDMA Mobile Radio System Applying Joint Detection and Coherent
Receiver Antenna Diversity" von
G. Blanz, A. Klein, M. Naßhan
und A. Steil dargestellt, der im IEEE Journal on Selected Areas
in Communications, Band 12, Nr. 4, vom Mai 1994 auf Seite 568 veröffentlicht
wurde, und dessen Inhalt durch diesen Verweis als in dieses Patent
aufgenommen gilt. Für
die hier vorliegende Erläuterung
sei darauf hingewiesen, dass Übertragungen
unter Einsatz des Zeitmultiplex-Codemultiplex (TD-CDMA)-Verfahrens
dadurch gekennzeichnet sind, dass Funkfrequenzträgersignale, über die
die Übertragung
von Daten erfolgt, in eine Mehrzahl von Zeitschlitzen unterteilt
sind. Jeder dieser Zeitschlitze ist einer Mehrzahl von Mobilstationen
zugewiesen, die dafür
ausgelegt sind, in dem Zeitschlitz Funksignale zu übertragen.
Damit die von der Mehrzahl der Mobilstationen, die demselben Zeitschlitz
zugeordnet sind, übertragenen
Daten voneinander getrennt werden können, erhält jede Mobilstation einen
benutzerspezifischen Code, der mit den zu übertragenden Daten kombiniert
wird. Ein Empfänger
der Funksignale trennt die von anderen Mobilstationen MS gleichzeitig übertragenen
Daten voneinander. Wie leicht einzusehen ist, wird für Daten,
die von den Basisstationen an die Mobilstationen übertragen werden,
eine gleichartige Anordnung getroffen.
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Um
ein Mittel bereitzustellen, mit dessen Hilfe sich eine im Wesentlichen
unterbrechungsfreie Übertragung
von Daten realisieren lässt,
während sich
die Mobilstationen innerhalb des Mobilfunknetzes bewegen, werden
die Mobilstationen und die Basisstationen des Mobilfunknetzes mit
einem Funkübertragungsgerät ausgestattet,
welches ein Mittel enthält,
einen Prozess auszuführen,
durch den die Mobilstationen die Verbindung von einer Basisstation auf
eine andere Basisstation umschalten können, was in der folgenden
Beschreibung als nahtlose Verbindungsübergabe bezeichnet wird. Ein
Beispiel dieses Funkübertragungsgeräts ist in 2 dargestellt.
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2 enthält ein Blockdiagramm
einer Basisstation BS und einer Mobilstation MS, die in 1 dargestellt
sind, daher tragen Teile, die in 1 und 2 gleich
sind, auch die gleichen Bezeichnungen. In 2 ist eine
Basisstation BS dargestellt, die mindestens eine Sendeantenne 4 und mindestens
eine Empfangsantenne 6 umfasst. Die Sendeantenne ist mit
einem Sender 8 gekoppelt und die Empfangsantenne 6 ist
mit einem Empfänger 10 gekoppelt.
Sowohl mit dem Sender als auch mit dem Empfänger verbunden ist eine Steuerung 12.
Ebenfalls an die Steuerung 12 angeschlossen ist ein Taktgeber 14.
Die Basisstation BS ist über
die Leitung 18 mit einer weiteren Steuerung 16 verbunden.
Diese weitere Steuerung 16 ist Bestandteil der weiteren Mobilfunknetz-Infrastruktur NETZ.
Mit der weiteren Steuerung 16 sind über die weiteren Leitungen 20, 26 noch
andere Basisstationen innerhalb der Mobilfunknetz-Infrastruktur
NETZ gekoppelt. Die Basisstation ist daher lediglich ein Beispiel
für die
in 1 dargestellten Basisstationen. Ebenfalls in 2 dargestellt
ist eine Mobilstation MS, die über
eine Sendeantenne 22 verfügt, welche mit einem Sender 24 gekoppelt
ist. Die Mobilstation MS umfasst ferner eine Empfangsantenne 26,
die mit einem Empfänger 28 gekoppelt
ist. Sowohl der Sender 24 als auch der Empfänger 28 sind
mit einer Steuerung 30 der Mobilstation verbunden. Darüber hinaus
ist mit der Steuerung 30 der Mobilstation ein Taktgeber 32 verbunden.
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Das
Mobilfunkübertragungssystem,
das in den 1 und 2 dargestellt
ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass im Zusammenhang mit einem Vielfachzugriffsschema,
welches gemäß einem
Zeitmultiplex-Codemultiplex-Vielfachzugriffsverfahren (TD-CDMA)
arbeitet, keine Wiederbenutzung von Frequenzen realisiert ist, da
die Cluster-Größe der Funkzellen
in dem Frequenzwiederbenutzungsmuster eins beträgt. Da jedoch Mobilstationen
Spreizcodes aus einer Familie von Spreizcodes zugewiesen werden,
wird die Wiederbenutzung der Funkübertragungsressourcen dadurch
bewirkt, dass derselbe Spreizcode aus der Familie von Spreizcodes verschiedenen
Basisstationen im Netz zugewiesen wird und dass ferner den verschiedenen
Basisstationen im Netz verschiedene Trainingssequenzen aus einer
Familie von Trainingssequenzen zugewiesen werden. Entsprechend einer
Wiederbenutzung von Funkübertragungsressourcen,
die in einem Mobilfunknetz realisiert ist, sind Basisstationen,
denen derselbe Spreizcode bzw. dieselbe Trainingssequenz zugewiesen
ist, räumlich
getrennt voneinander angeordnet, sodass gegenseitige Störungen,
die durch gleichzeitig übertragene
Funksignale, welche denselben Spreizcode oder dieselben Trainingssequenzen nutzen,
verursacht werden, aufgrund der Funkfelddämpfung, der die Signale unterliegen,
so weit wie möglich
reduziert werden. Dies dient zur Implementierung einer Code-Wiederbenutzung
mit der Wirkung, dass dieselben Spreizcodes verschiedenen Basisstationen
zugewiesen werden, um ein Code-Wiederbenutzungsmuster
zu erzielen. Hierdurch wird die Auslastung der Funkübertragungsressourcen
erhöht,
wodurch entsprechend auch die Kapazität des Mobilfunknetzes erhöht wird.
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Ein
Beispiel für
ein Code-Wiederbenutzungsmuster ist in 3 dargestellt.
In 3 ist jeder der Funkzellen 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46,
die ein Cluster von Funkzellen 48 bilden, ein anderer Spreizcode
aus einer CDMA-Codefamilie
zugewiesen. Ferner können
diesen Funkzellen auch verschiedene Trainingssequenzen aus der Familie
verschiedener Trainingssequenzen zugeordnet sein. Allerdings werden
anschließend
anderen Funkzellen innerhalb des Systems dieselben CDMA-Spreizcodes
zugewiesen, sodass sich das Muster des Clusters 48 in anderen Funkzellen
des Mobilfunknetzes wiederholt. Daher haben, wie in 3 veranschaulicht,
die Cluster 48' und 48'' dieselben Spreizcodes entsprechend
demselben Code-Wiederbenutzungsmuster. In einem Beispiel eines TD-CDMA-Systems
enthält
die Familie von Spreizcodes acht (8) CDMA-Codes mit acht (8) Trainingssequenzen,
die in einer Midamble der Funksignale enthalten sind. Darüber hinaus
ist der Rahmen der Trägerfrequenz
in acht (8) Zeitschlitze unterteilt. Demnach sind pro Trägerfrequenz 64 (8 × 8 = 64)
verfügbare
Funkübertragungsressourcen
für die Übertragung
in der Aufwärtsstrecke,
also von der Mobilstation zur Basisstation, sowie in der Abwärtsstrecke,
also von der Basisstation zur Mobilstation, zuzuweisen.
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Ein
Prozess zur Neuzuweisung oder Umschaltung der Verbindung einer Mobilstation
zwischen verschiedenen Basisstationen des Systems entsprechend der
vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf das vorstehend
beschriebene Mobilfunkübertragungssystem
erläutert.
Wie zu sehen sein wird, repräsentieren
die Funkübertragungsressourcen,
die den Mobilstationen für
die Übertragung
von Daten zugewiesen werden, die Zeitschlitze der Trägerfrequenz
und ebenso die Spreizcodes und Trainingssequenzen, die für die Übertragung
mithilfe eines TD-CDMA-Systems verwendet werden. Der Prozess der
Umschaltung einer Mobilstation von einer Basisstation auf eine andere
ist durch das Diagramm in 4 veranschaulicht,
in der Teile, die auch in den 1, 2 und 3 erscheinen, gleiche
Nummernbezeichnungen haben.
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In 4 sind
drei Funkzellen mit den Bezeichnungen 34, 36, 38 dargestellt.
Ebenfalls in 4 dargestellt sind drei Punkte
a, b, c, die bestimmte Positionen bezeichnen, welche von einer Mobilstation
berührt
werden, die sich entlang dem Weg 50 von der Funkzelle 34 in
die Funkzelle 36 bewegt. Der Weg 50 zeigt die
Position der Mobilstation, während
sie sich aus dem von der Funkzelle 34 bereitgestellten
Funkversorgungsbereich in den von der Funkzelle 36 bereitgestellten
Funkversorgungsbereich bewegt. Entsprechend ist die Mobilstation
so ausgelegt, dass sie die Verbindung von der Basisstation 52,
welche die Funkzelle 34 versorgt, auf die Basisstation 54,
die die Funkzelle 36 versorgt, umschaltet. Die Übertragung
der Funksignale zwischen der Mobilstation und der Basisstation ist
derart realisiert, dass sie über
den effizientesten Funkübertragungsweg
abgewickelt wird, welcher demjenigen Weg entsprechen kann, der die
geringste Funkfelddämpfung aufweist.
Auf diese Weise werden Funksignale, die von den Mobilstationen gesendet
werden und die an der Basisstation mit im Wesentlichen derselben
Leistung ankommen, mit einer geringeren Leistung generiert, wodurch
Störungen
anderer Mobilstationen und Basisstationen reduziert werden. Die
Mobilstation ist demnach dafür
ausgelegt, in der Aufwärtsstrecke Funkübertragungsressourcen
in einer Zelle zu nutzen, die einer Basisstation zugeordnet ist,
welche zu einem jeweiligen Zeitpunkt den effizientesten Funkübertragungskanal
für die
Datenübertragung
bereitstellt. Zu diesem Zweck kann die Mobilstation dafür ausgelegt
sein, ein Pilotsignal zu erkennen, das von jeder der Basisstationen 52, 54, 56 abgestrahlt
wird, und ein Merkmal des Pilotsignals zu messen, beispielsweise
die Signalstärke,
und das gemessene Merkmal mit einem vorab definierten Schwellenwert α zu vergleichen.
Wenn sich also die Mobilstation aus der Funkzelle 34 entlang
dem Pfad 50 bewegt, kann an einem Punkt α die Mobilstation
die geringste Funkfelddämpfung
für Funksignale,
die per Funkübertragung
mit der Basisstation 52 in der Funkzelle 34 übertragen
werden, nutzen. Demzufolge handelt es sich bei den Funkübertragungsressourcen,
die die Mobilstation sowohl in der Aufwärtsstrecke als auch in der
Abwärtsstrecke
in Anspruch nimmt, um einen bestimmten Zeitschlitz und einen bestimmten
Spreizcode, die von der Basisstation 52 zugewiesen worden
sind. Wenn die Mobilstation Punkt b erreicht, kann die Basisstation
oder die Mobilstation unter Umständen
erkennen, dass die Mobilstation in einen Verbindungsübergabebereich
eingetreten ist, in dem die Funkübertragung
möglicherweise
effizienter über entweder
die Basisstation 54, die der Funkzelle 36 zugeordnet
ist, oder über
die Basisstation 56, die der Funkzelle 38 zugeordnet
ist, abgewickelt werden kann. Dies wird festgestellt anhand des
Vergleichs des gemessenen Merkmals, beispielsweise etwa der Signalstärke des
Pilotsignals, welches von jeder der Basisstationen abgestrahlt wird,
mit einem Schwellenwert α.
Wenn der Schwellenwert erreicht wird, d. h., wenn die von der Basisstation 52 abgestrahlten Signale
unter den Schwellenwert abfallen, erkennt die Mobilstation, dass
sie sich gerade in dem Verbindungsübergabebereich befindet. Anhand
der gemessenen Werte der von den Basisstationen 54 und 56 abgestrahlten
Pilotsignale ist die Mobilstation in der Lage zu bestimmen, ob es
besser ist, auf entweder die Basisstation 54 oder die Basisstation 56 umzuschalten.
In diesem Zustand werden der Mobilstation sowohl von der Basisstation 54 als
auch von der Basisstation 56 Funkübertragungsressourcen zugewiesen.
Dies beinhaltet die Zuweisung eines Zeitschlitzes und eines Spreizcodes
sowie für
die Übertragung von
TD-CDMA-Signalen einer Trainingssequenz in der Funkzelle 34 bzw.
der Funkzelle 36. Wenn die Mobilstation den Punkt c erreicht,
kann die Basisstation feststellen, dass die Übertragung der Daten mittels
Funksignalen effizienter über
die Funkübertragungsressourcen
erfolgen könnte,
die der Basisstation 54 zugeordnet sind. Dies kann erkannt
werden, indem die Signalstärke
des Pilotsignals in Bezug auf einen zweiten Schwellenwert β verglichen
wird, und wenn dieser Schwellenwert erreicht wird, d. h., wenn die
Stärke
des Pilotsignals größer ist
als β, führt die Mobilstation
die nahtlose Verbindungsübergabe durch,
d. h., die Übertragung
erfolgt nun mithilfe der Funkübertragungsressourcen,
die von der Basisstation 54 zugewiesen werden, welche der
Funkzelle 36 zugeordnet ist.
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Alternativ
kann die Mobilstation feststellen, ob die Übertragung von Daten mittels
Funksignalen effizienter über
die Basisstation 54 als über die Basisstation 52 abgewickelt
werden kann, indem sie die Signalstärke der Pilotsignale miteinander
vergleicht oder, anders ausgedrückt,
die Funkfelddämpfung
in Bezug auf die Basisstationen 54 und 52, und
wenn die Funkfelddämpfung
größer ist
als ein Schwellenwert β,
sollte die Mobilstation eine nahtlose Verbindungsübergabe
ausführen,
indem die Übertragung über die
Funkübertragungsressourcen,
die von der Basisstation 52 zugewiesen wurden, beendet
und über
die Basisstation 54 fortgesetzt wird. Wie im Zusammenhang
mit diesem Prozess einzusehen, kann die Mobilstation unter Umständen auch
in die Funkzelle 34 zurückkehren,
wenn sie den Bereich für
eine nahtlose Verbindungsübergabe
verlässt,
was daran festgestellt wird, dass die Funkfelddämpfung zur Basisstation 52 geringer
ist als ein Schwellenwert β bzw. als
die Funkfelddämpfung
zur Basisstation 54.
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Wie
einzusehen ist, kann die Feststellung, welche der Basisstationen
die effizientesten Funkübertragungsbedingungen
bietet, auf mehrere verschiedene Weisen erfolgen. In der beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung wird dies erreicht durch Messen eines Merkmals des
Pilotsignals, das von jeder Basisstation abgestrahlt wird. Dieses
gemessene Merkmal kann beispielsweise die Empfangssignalstärke, die
Funkfelddämpfung,
der das Pilotsignal bei der Übertragung
zwischen der Basisstation und der Mobilstation unterliegt, die Ausbreitungsverzögerung des
Pilotsignals oder die Qualität der
von den Pilotsignalen übermittelten
Daten sein.
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Sobald
sich die Mobilstation aus dem Bereich für eine nahtlose Verbindungsübergabe
herausbewegt hat, werden die nicht genutzten Funkübertragungsressourcen
an jeder Basisstation, die Funkübertragungsressourcen
für die
Mobilstation reserviert hatte, wieder freigegeben und stehen somit
wieder für
die Zuweisung zu einer anderen Mobilstation zur Verfügung. Wie
einzusehen ist, kann die Mobilstation die Funkfelddämpfung,
die mehreren Basisstationen, d. h. den Basisstationen 56 und 54,
zuzuordnen ist, erkennen und bestimmen und, nachdem die Basisstationen 54 und 56 der
Mobilstation Funkübertragungsressourcen
zugewiesen haben, bestimmen, über
welche der Funkübertragungsressourcen
der Basisstationen 54, 56 sie die Übertragung
fortsetzt.
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Als
Alternative zu der Feststellung, ob die Mobilstation den Verbindungsübergabebereich
verlassen hat und an eine andere Basisstation angebunden ist, kann
eine beliebige der an dem Verbindungsübergabeprozess beteiligten
Basisstationen feststellen, ob die Mobilstation an eine andere Basisstation angebunden
ist, indem die Zeit gemessen wird, während der keine Übertragungen
empfangen werden. Wenn diese Zeit einen bestimmten Schwellenwert τ übersteigt,
werden die Funkübertragungsressourcen, die
für die
Mobilstation reserviert oder dieser zugewiesen wurden, wieder freigegeben.
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Ein
Empfänger,
der die Funktion hat, Daten, die durch TD-CDMA-Funksignale repräsentiert werden, zu erkennen
und wiederherzustellen, führt
dies durch, indem er jedes der gleichzeitig gesendeten Signale innerhalb
des Zeitschlitzes schätzt
und die unerwünschten
Signale aus dem erwünschten
erkannten Signal ausblendet. Somit ist die Folge des Zuweisens von
Funkübertragungsressourcen
zu einer Mobilstation eigentlich ein Zuweisen eines Zeitschlitzes, eines
Spreizcodes und einer Trainingssequenz zu der Mobilstation. Der
Spreizcode und die Trainingssequenz werden demnach in den TD-CDMA-Erkennungsprozess
an der Basisstation eingebunden, unabhängig davon, ob nun tatsächlich Daten
mithilfe dieser Ressourcen übertragen
werden oder nicht. Der Empfänger
der Basisstation ist daher in der Lage zu erkennen, ob von der Mobilstation
tatsächlich
Daten übertragen
wurden oder nicht, und somit auch, ob sich die Mobilstation im Rahmen
des Verbindungsübergabeprozesses
bei dieser Basisstation angebunden hat.
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Wie
für den
Fachmann auf diesem Gebiet der Technik offensichtlich ist, kann
der Prozess der Neuanbindung mittels des vorstehend beschriebenen
Prozesses zur nahtlosen Verbindungsübergabe entweder von der Mobilstation
MS oder von der Basisstation BS gesteuert werden. Ersteres ist bekannt als
von der Mobilstation veranlasste Verbindungsübergabe, wohingegen letzteres
als von der Basisstation veranlasste Verbindungsübergabe bezeichnet wird. Im
ersten Fall werden die Merkmale der Pilotsignale an der Mobilstation
gemessen, die daran feststellt, ob sie sich im Verbindungsübergabebereich befindet,
und die Basisstation ermittelt, auf die sie umschalten muss. Im
letzten Fall werden zwar die Merkmale des Pilotsignals von der Mobilstation
gemessen, dann jedoch an mindestens eine der Basisstationen des
Netzes übermittelt,
von wo sie gegebenenfalls an eine Steuerfunktion in der Netzinfrastruktur
weitergeleitet werden. Diese Steuerfunktion bestimmt entsprechend,
auf welche der Basisstationen die Mobilstation umschalten sollte,
und steuert im Endeffekt den Verbindungsübergabeprozess.
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Die Übertragung
der Daten in der Abwärtsstrecke
während
des Verbindungsübergabeprozesses
kann gemäß einer
der folgenden drei Möglichkeiten
erfolgen:
- 1. Jede Basisstation, die als Kandidatin
identifiziert wurde, auf die die Mobilstation die Verbindung umschalten
kann, und die Funkübertragungsressourcen
reserviert hat, nutzt diese Ressourcen in der Abwärtsstrecke,
um dieselben Daten zu übertragen,
die von der Mobilstation in irgendeiner Weise zusammengesetzt werden.
Die Mobilstation kann beispielsweise jede Version der Funksignale
erkennen und die Daten zusammensetzen oder lediglich eine Version
der Funksignale erkennen, die von einer der Kandidaten-Basisstationen
gesendet werden.
- 2. Nur die Basisstation, die aktuell über die Aufwärtsstrecke
Daten von der Mobilstation empfängt,
ist dafür
ausgelegt, Funksignale in der Abwärtsstrecke an die Mobilstation
zu senden.
- 3. In einem Fall, in dem die Mobilstation nicht ständig über die
Aufwärtsstrecke
Daten überträgt, sondern
Pakete von Daten in diskontinuierlicher Folge sendet, bildet die
Mobilstation keine konstante Verbindung zu einer der Basisstationen, sondern
sendet die Datenpakete an diejenige Basisstation, bei der sie jeweils
gerade angemeldet ist. Demnach erfolgt die Übertragung in der Abwärtsstrecke
von der Basisstation aus, der die Mobilstation signalisiert, dass
sie in einem Zustand ist, in dem sie Daten über die Abwärtsstrecke empfangen kann.
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Wie
für den
Fachmann auf diesem Gebiet der Technik offensichtlich ist, muss
die Mobilstation, um einen Funksignalimpuls zu senden und zu bewirken,
dass dieser Funksignalimpuls bei der Basisstation in einem bestimmten
Zeitschlitz eingeht, den Funksignalimpuls um eine Zeit früher senden,
die einer Ausbreitungsverzögerung
zwischen der Mobilstation und der Basisstation entspricht. Ein Verfahren,
dies zu realisieren, besteht darin, in einem vorab festgelegten
Zeitschlitz Direktzugriffs-Funksignale an jede in Frage kommende
andere Basisstation zu senden, bei der die Mobilstation neu angebunden
werden könnte.
Die Mobilstation empfängt
daraufhin einen Messwert für
die Ausbreitungszeit, also für
die Zeit, die das Direktzugriffs-Funksignal benötigte, um die Strecke zwischen
der Mobilstation und der Basisstation zurückzulegen. Dementsprechend
verlegt die Mobilstation die Übertragung
des Funksignalimpulses auf einen früheren Zeitpunkt, sodass der
Funksignalimpuls innerhalb eines gewünschten Zeitschlitzes bei der
Basisstation eintrifft.
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Alternativ
ist, wenn die Basisstationen im Netz synchronisiert sind, eine Übertragung
von Direktzugriffs-Funksignalen von der Mobilstation an jede andere
Basisstation, auf die die Mobilstation im Rahmen einer Verbindungsübergabe
umgeschaltet werden könnte,
nicht erforderlich. Diese Situation ist in 5 für die drei
Funkzellen 34, 36, 38 aus 4 dargestellt.
Wie in 2 zu sehen, ist jede der Basisstationen in dem
Mobilfunknetz mit einem Taktgeber 14 ausgestattet. Jeder
dieser Taktgeber ist auf eine gemeinsame Taktquelle synchronisiert,
entweder über
die Netzinfrastruktur NETZ oder über
ein terrestrisches Funksignal, das von den Basisstationen gesendet
wird, oder über
ein beliebiges anderes Mittel. Im Fall der Mobilstation, die aus
der Funkzelle 34 kommt, ist der Mobilstation MS bereits
bekannt, dass der benötigte
Sendevorlaufwert für
die Basisstation 52 t1 ist. Grund
hierfür
ist, dass an der Basisstation 52 der Sendevorlauf das Zweifache
der Ausbreitungsverzögerung
zwischen der Mobilstation MS und der Basisstation 52 beträgt. Dies
kann zunächst gemessen
werden, indem Direktzugriffs-Funksignale verwendet
werden wie vorstehend bereits beschrieben, oder indem die Ausbreitungsverzögerung der von
der Basisstation 52 abgestrahlten Pilotsignale unter Bezugnahme
auf den Taktgeber 32, der in der Mobilstation MS enthalten
ist, gemessen wird. In letzterem Fall muss jedoch der Taktgeber 32 vorab
auf die Netz-Taktgeber 14 synchronisiert sein.
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Da
die Ausbreitungsverzögerung
zwischen der Basisstation 52 und der Mobilstation MS bekannt ist,
kann die Mobilstation ihren Taktgeber 32 auf den Netztakt
synchronisieren, der von dem Taktgeber 14 in der Basisstation 52 repräsentiert
wird. Danach ist die Mobilstation MS effektiv auf das Netz synchronisiert.
Daran anschließend
kann die Mobilstation MS die Ausbreitungsverzögerung t2,
t3 der Pilotsignale messen, die von den
Basisstationen 54, 56 gesendet werden. Anhand
dessen kann die Mobilstation den erforderlichen Sendevorlauf für die Funkzelle,
an die die Verbindungsübergabe
erfolgen soll, neu berechnen. Alternativ kann der Taktgeber 32 dazu
verwendet werden, die relativen Ankunftszeiten der Signale von jeder
der Basisstationen miteinander zu vergleichen. Durch den Vergleich
der relativen Ankunftszeiten der Signale von diesen Basisstationen
ist die Mobilstation in der Lage, den erforderlichen Sendevorlauf
einzuschätzen.
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Ein
Beispiel für
die Zuweisung von Funkübertragungsressourcen
in jeder der Funkzellen 34, 36, 38 ist
in 6 dargestellt, kombiniert mit 7, 8 und 9,
die jeweils die Nutzung der Funkübertragungsressourcen
in den Funkzellen 34, 36 bzw. 38 veranschaulichen.
In 6 sind Punkte in den Funkzellen dargestellt, an
denen sich die Mobilstationen MS1, MS2, MS3, MS4, MS5, MS6, MS7, MS8
und MS9 befinden. Für
die Funkzelle 34 sind die Funkübertragungsressourcen, die
der Basisstation 52 zur Verfügung stehen, in 7 in
Tabellenform dargestellt, wobei jede Spalte für eine bestimmte Spreizsequenz
und jede Zeile für
einen Zeitschlitz steht. In gleicher Weise stellt die 8 die
Funkübertragungsressourcen
dar, die der Basisstation 54 zur Verfügung stehen, und listet 9 die
Funkübertragungsressourcen
auf, die der Basisstation 56 zur Verfügung stehen. Jeder dieser Einträge in der Tabelle
steht für
eine einzelne zugewiesene Funkübertragungsressource.
Somit stellt jede Spalte einen Spreizcode dar, während jede Zeile einen entsprechenden
Zeitschlitz enthält.
Die Funkübertragungsressourcen,
die für
die Verwendung durch Mobilstationen reserviert worden sind, sind
in Klammern angegeben, die tatsächlich
von einer Mobilstation in Anspruch genommenen Funkübertragungsressourcen dagegen
sind mit einem Sternchen (*) gekennzeichnet. Auf diese Weise ist
der Mobilstation 8, obwohl ihr in Funkzelle 34 in
Spalte 2, Zeile 6 eine Funkübertragungsressource zugewiesen
ist, auch in der Funkzelle 36 in Spalte 2, Zeile 7 eine
Funkübertragungsressource
zugewiesen, welche die aktuell genutzte Ressource ist. Doch auch
wenn den Mobilstationen Funkübertragungsressourcen
in mehreren Funkzellen zugewiesen sind, werden zu einem gegebenen Zeitpunkt
immer nur die Funkübertragungsressourcen
in einer der Funkzellen 34, 36, 38 genutzt.
Aus den Tabellen in den 7, 8 und 9 ist daher
erkennbar, dass die Mobilstationen MS1, MS3, MS5 und MS9 sich zu
dem Zeitpunkt, der durch diese Tabellen repräsentiert wird, nicht in einem
Bereich für die
nahtlose Verbindungsübergabe
befinden, sondern dass sie Funksignale lediglich über eine
einzige Basisstation übertragen
und dass ihnen in keiner der anderen Funkzellen Funkübertragungsressourcen zugewiesen
sind. Die Mobilstationen MS7 und MS8 befinden sich in [dem Bereich
für] die
nahtlose Verbindungsübergabe
zwischen den Basisstationen 54 und 52, obwohl
die Mobilstation 7 gerade eigentlich über die Basisstation 52 (sic)
kommuniziert, wohingegen MS8 eigentlich mit der Basisstation 54 (sic) kommuniziert.
Die Mobilstation MS4 befindet sich gerade in dem Bereich für die nahtlose
Verbindungsübergabe
zwischen der Basisstation 52 und der Basisstation 56 und
kommuniziert eigentlich mit der Basisstation 56. Die Mobilstation
MS6 befindet sich in dem Bereich für die nahtlose Verbindungsübergabe
zwischen den drei Basisstationen 52, 54 und 56 und kommuniziert
eigentlich mit der Basisstation 54 (sic). Die Mobilstation
MS2 befindet sich in dem Bereich für die nahtlose Verbindungsübergabe
zwischen der Basisstation 52 und einer weiteren Basisstation
außerhalb
des Clusters von Funkzellen, das in 6 dargestellt
ist.
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Wie
für den
Fachmann auf diesem Gebiet der Technik offensichtlich ist, können verschiedene Modifikationen
an der beispielhaften Ausführungsform
realisiert werden, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung
zu verlassen. Insbesondere versteht es sich, dass für ein solches
Mobilfunkübertragungssystem,
in dem ein Prozess für
die nahtlose Verbindungsübergabe
eingesetzt werden kann, verschiedene andere Vielfachzugriffsschemata
verwendet werden können.
Beispielsweise kann ein Codemultiplex-Vielfachzugriff mit Direktfolge-Spreizspektrum
verwendet werden, ebenso wie herkömmliche Zeitmultiplex- oder
andere Vielfachzugriffsschemata.