DE69934496T2

DE69934496T2 - Methode und system zur kommunikation mit einer persönlichen basisstaton

Info

Publication number: DE69934496T2
Application number: DE69934496T
Authority: DE
Inventors: E. Charles San Diego WHEATLEY; G. Edward San Diego TIEDEMANN; P. Joseph San Diego ODENWALDER; Rajeev San Diego KRISHNAMURTHI
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: KR20010071998A; HK1037447A1; AU5134299A; EP1099357A1; WO2000007400A1; EP1099357B1; JP2002521989A; CN1144491C; CN1311966A; CA2338769A1; CA2338769C; DE69934496D1; ES2276522T3; US6381230B1; JP4318860B2; ATE349144T1; KR100666882B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf drahtlose Kommunikationssysteme. Spezieller, die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neues und verbessertes Verfahren und ein System, um persönliche Basisstationskommunikationen innerhalb des Abdeckungsgebiets einer zellularen Basisstation bereitzustellen.
Beschreibung des Fachgebiets
Da drahtlose Kommunikationssysteme in der Gesellschaft verbreiteter werden, sind die Nachfragen nach größerem und ausgeklügelterem Service gewachsen. Um die Kapazitätsbedarfe von drahtlosen Kommunikationssystemen zu treffen, wurden Techniken zum Vielfachzugriff zu einer begrenzten Kommunikationsressource entwickelt. Die Nutzung von Codemultiplexvielfachzugriffsmodulationstechniken – bzw. Code-Division Multiple Access (CDMA) Modulation Techniques ist eine von mehreren Techniken, um Kommunikationen zu erleichtern, in denen eine große Anzahl von Systemnutzern vorhanden ist. Andere Vielfachzugriffstechniken, wie z.B. Zeitmultiplexvielfachzugriff bzw. Time-Division Multiple Access (TDMA) und Frequenzmultiplexvielfachzugriff bzw. Frequency-Division Multiple Access (FDMA) sind in dem Fachgebiet bekannt. Trotzdem haben Spreizspektrummodulationstechniken von CDMA signifikante Vorteile vor diesen anderen Modulationstechniken für Vielfachzugriffskommunikationssysteme.
Die Verwendung von CDMA-Techniken in einem Vielfachzugriffskommunikationssystem wird offenbart in U.S.-Patent Nr. 4,901,307, erteilt am 13. Februar 1990 unter dem Titel „SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS", welches an den Rechteinhaber der vorliegenden Erfindung übertragen ist. Die Verwendung von CDMA-Techniken in einem Vielfachzugriffskommunikations system wird weiterhin offenbart in U.S.-Patent Nr. 5,103,459, erteilt am 7. April 1992 unter dem Titel „SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING SIGNAL WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", welches an den Rechteinhaber der vorliegenden Erfindung übertragen ist. Die Verwendung von CDMA-Techniken in einem Vielfachzugriffskommunikationssystem wird weiterhin offenbart in U.S.-Patent Nr. 5,101,501, erteilt am 31. März 1992 unter dem Titel „METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING A SOFT HANDOFF IN COMMUNICATIONS IN AN CDMA CELLULAR SYSTEM", welches an den Rechteinhaber der vorliegenden Erfindung übertragen ist.
Die Lehren der gerade erwähnten Patente wurden angewendet auf relativ große drahtlose Kommunikationssysteme wie zum Beispiel zellulare Telefonsysteme, die wiederum anschließen an ein öffentliches, geschaltetes Telefonnetzwerk bzw. Public Switched Telephone Network (PSTN). Auf diese Weise kann der Nutzer einer Teilnehmerstation, wie zum Beispiel einem zellularen Telefon, im allgemeinen Anrufe an jede andere mit der PSTN verbundenen Kommunikationsvorrichtung auslösen oder von jeder anderen entgegennehmen, so lange sich die Teilnehmerstation innerhalb des geografischen Abdeckungsgebiets irgendeiner drahtlosen Basisstation befindet, die zu dem zellularen System gehört. Das Abdeckungsgebiet für diese Basisstationen erstreckt sich im allgemeinen über mehrere Meilen. Die Basisstationen dieser zellularen Systeme werden im allgemeinen als „Makro"-Basisstationen bezeichnet und ihre zugehörigen Zellstandorte bzw. Cell-Sites als „Makro"-Zellstandorte.
Wegen der, verglichen mit herkömmlichen Festnetztelefondienstleistungen, relativ hohen Kosten der zellularen Telefondienstleistung durch diese Makro-Basisstationen ist es zur Zeit nicht lohnend, ein zellulares Telefon für alle gewünschten Telefonkommunikationen zu nutzen. Daher nutzen die Nutzer von zellularen Telefonen die zellularen Telefone im allgemeinen nur, wenn eine günstige Festnetzverbindung nicht verfügbar ist, wenn sie sich zum Beispiel außerhalb ihres Zuhauses oder Büros befinden. Das führt zu Unbequemlichkeiten, da der Nutzer zwischen Telefonen wechseln muss, wenn er sein Zu hause oder Büro betritt oder verlässt. Einige drahtlose Telefone auf dem Stand der Technik wurden vorgeschlagen, die auf eine Doppel-Modus zellulare / kabellose Weise in einem gemeinsamen Handgerät arbeiten. Diese drahtlosen Telefone gemäß dem Stand der Technik bieten der PSTN zellularen Service durch die Makrozellen eines zellularen Kommunikationssystems und der PSTN kabellosen Service durch eine „Mikro"-Basisstation, wie zum Beispiel eine gewöhnliche kabellose Telefonbasiseinheit. Das Doppel-Modus zellulare / kabellose Handgerät schaltet automatisch zwischen dem Standardzellularbetriebsmodus und dem kabellosen Betriebsmodus, sobald der Nutzer in das Abdeckungsgebiet der Mikro-Basisstation übertritt. Wenn der Nutzer von zu Hause entfernt ist, nutzt er auf diese Weise das Doppel-Modus-Telefon im zellularen Modus und nimmt die Gebühren für zellularen Service auf sich. Wenn sich der Nutzer jedoch innerhalb des Abdeckungsgebiets der kabellosen Telefonbasiseinheit befindet, typischerweise zu Hause oder im Büro, nutzt er das Doppel-Modus-Telefon im kabellosen Modus, um die Gebühren für zellularen Service zu vermeiden.
Ein Problem mit der Lösung des Stands der Technik ist, dass, weil die Doppel-Modus-Telefone typischerweise auf zwei unterschiedlichen Frequenzbändern arbeiten müssen und zwei unterschiedliche Kommunikationsprotokolle und Modulationsschemata verwenden, sie zusätzliche kostenintensive Komponenten beinhalten müssen. Zum Beispiel beinhalten sie typischerweise getrennte Sende- und Empfangspfade für die zellularen und die kabellosen Signale, komplexe Schalter und spezielle Steuerschaltkreise. Diese zusätzlichen Komponenten verursachen zusätzliche Kosten, Größe und Gewicht bei den herkömmlichen Doppel-Modus-Telefonen.
Was gebraucht wird ist ein Kommunikationssystem das gleichzeitig zellularen und lokalen drahtlosen Service bereitstellt, ohne die Kosten oder die Komplexität der Teilnehmerstation zu erhöhen.
Weitere Aufmerksamkeit wird auf das Dokument US-A-5,425,030 gezogen, welches ein Verfahren offenbart, die Nutzung von kleinen Kommunikations systemen mit niedriger Leistung innerhalb des Abdeckungsgebiets von größeren Bündelfunkkommunikationssystemen bzw. Trunked Communication Systems zu erlauben. Ein Kommunikationssystem mit niedriger Leistung verwendet dieselben Kommunikationsressourcen wieder, die von dem größeren Trunked Communication Systems verwendet werden, sobald ausreichender Abstand zwischen Kommunikationseinheiten des großen Systems und dem System mit niedriger Leistung vorhanden ist, um Interferenz zu vermeiden. Kommunikationseinheiten großer Systeme können ebenfalls gebaut werden, um in einem Doppel-Modus-Format zu arbeiten, um in einem Modus niedriger Leistung auf wiederverwendeten Ressourcen zu senden und zu empfangen, wann immer sie sich in der Nähe eines Systems mit niedriger Leistung befinden, oder, wann immer sonst notwendig, in einem Modus hoher Leistung zu senden und zu empfangen.
Aufmerksamkeit wird auch auf das Dokument WO 97/08854 gezogen, welches eine Vorrichtung für Zeitduplex bzw. Time-Division Duplex (TDD) offenbart, die ein Spreizspektrumsignal wiederholt, wobei besagtes Spreizspektrumsignal aus einer Serie von Codesymbolen besteht, die mit einer Pseudorausch-Sequenz moduliert sind. Der TDD-Wiederholer bzw. Repeater empfängt intermittierend das Spreizspektrumsignal an einem von einer Quelle, die das Spreizspektrumsignal bereitstellt, entfernten Ort. Der TDD-Wiederholer verstärkt und verzögert das empfangene Spreizspektrumsignal um einen vorgegebenen Wert. Der TDD-Wiederholer überträgt intermittierend das verzögerte, verstärkte empfangene Spreizspektrumsignal derart, dass der TDD das Spreizspektrumsignal nicht empfängt, wenn er die Signalenergie überträgt.
Aufmerksamkeit wird auch auf das Dokument DE 43 19 694 A gezogen, welches ein zellulares mobiles Funksystem offenbart, in dem mindestens eine erste feste Station mit mindestens einem Gebiet in jeder Zelle angeordnet ist und deckt mindestens den Bereich dieser Zelle mit Funkfrequenzen einer allgemeinen Gruppe ab. Es gibt mindestens eine zweite feste Station und einen Bereich der Zelle, der mindestens einen Teil der Zelle mit Funkfrequenzen derselben Kanalgruppe, wie die der ersten festen Station abdeckt, und die Trägerfrequenz der Kanäle der Kanalgruppe der zweiten festen Station unterscheidet sich durch eine vorgegebene Frequenzverschiebung von den Trägerfrequenzen der Kanäle der Kanalgruppe der ersten festen Station. Für eine zweite, zusätzliche feste Station ist es möglich, in der Region der Zelle angeordnet zu werden und mindestens einen Teil der Zelle mit Funkfrequenzen derselben Kanalgruppe abzudecken, wie die der ersten festen Station. Die Übertragung von dieser ersten festen Station ist phasenverschoben gegenüber der der ersten festen Station, um eine solche Zeit zu erlangen, dass die beiden Signale den Empfänger der Mobilstation innerhalb eines Zeitschlitzes erreichen, der von einem Entzerrer bzw. Equalizer in einer Mobilstation aufgelöst und verwendet wird.
Abschließend wird Aufmerksamkeit auf das Dokument US-A-5,218,717 gelenkt, das eine Vielzahl von Simultanübertragungssendern in einem Simultanübertragungssystem offenbart, welche räumlich in einem Sendegebiet verteilt sind, im wesentlichen auf derselben Trägerfrequenz senden, und mit einem gewollten Simultanübertragungssignal synchron moduliert werden, wobei mindestens zwei der Simultanübertragungssender zeitgleich mit mindestens einem weiteren Hilfssignal moduliert werden, mit einem Typ von Modulation, der verschieden ist vom gewollten Signal, und mindestens einer der Empfänger Mittel beinhaltet, die unterschiedlichen gewollten Signal- und Hilfssignalmodulationen getrennt zu evaluieren.
Nichtsdestoweniger offenbaren alle der oben zitierten Referenzen des Stands der Technik nicht ein einfaches System und ein einfaches Verfahren eine drahtlose Makro-Basisstation auf demselben Frequenzband wie eine drahtlose Mikro-Basisstation in derselben Zelle eines zellularen Kommunikationssystems zu betreiben, wie in den Ansprüchen 1-16 ausgeführt. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist ein neuartiges und verbessertes Verfahren und ein neuartiges und verbessertes System, um persönliche Basisstationskommunikationen innerhalb der „Zelle" einer zellularen Basisstation bereitzustellen. Wie bereits definiert und hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Zelle" auf ein geografisches Abdeckungsgebiet, während der Ausdruck „Zellenstandort" verwendet wird, um sich auf die physikalische Ausrüstung zu beziehen, die verwendet wird, um Kommunikationen durchzuführen, d.h. eine oder mehrere Basisstationen. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und ein System für den Betrieb einer persönlichen Basisstation zur Verfügung, wo die Vorwärtsverbindung (Basisstation zur Teilnehmerstation) einer persönlichen Basisstation sich auf derselben Frequenzzuordnung befindet wie die Vorwärtsverbindung einer Makro-Basisstation, die zu einem zellularen Kommunikationssystem gehört. Durch den Betrieb der persönlichen Basisstation auf derselben Frequenzzuordnung wie die der Makro-Basisstation, müssen Operator bzw. Betreiber kein zusätzliches Spektrum verwenden, um die Mikro-Basisstation zu unterstützen. Da ein Operator einen festgelegten Bereich des Spektrums zugewiesen bekommen hat, und wenn der Operator alle seine existierenden Spektren verwenden würde, würde der Operator große Ausgaben auf sich nehmen müssen, um mehr Zellen hinzuzufügen, um eine Frequenz frei zu bekommen. Andere Alternativen, wie mehr Spektrum zu bekommen, sind im Allgemeinen für einen Operator nicht verfügbar. Obwohl die vorliegende Erfindung hier mit Referenz auf ein CDMA-System offenbart wird, ist es klar, dass die Lehren gleichermaßen auf andere drahtlose Kommunikationsschemata anwendbar sind, gleich ob digital oder analog und ungeachtet des eingesetzten Modulationsverfahrens.
In der vorliegenden Erfindung wird eine erste drahtlose Basisstation auf demselben Frequenzband betrieben wie eine zweite drahtlose Basisstation. Die erste drahtlose Basisstation, eine „Makro"-Basisstation, erzeugt und überträgt ein erstes Vorwärtsverbindungsdatensignal und kommuniziert mit einer ersten Teilnehmerstation. Eine zweite drahtlose Basisstation, eine „Mikro"-Basisstation, erzeugt ein zweites Vorwärtsverbindungsdatensignal und kommuniziert mit einer zweiten Teilnehmerstation. Die zweite drahtlose Basissta tion empfängt das erste Vorwärtsverbindungsdatensignal und kombiniert es mit seinem eigenen zweiten Vorwärtsverbindungsdatensignal, um ein kombiniertes Vorwärtsverbindungsdatensignal zu bilden, die zweite drahtlose Basisstation überträgt dann das kombinierte Vorwärtsverbindungsdatensignal. Auf diese Weise ist die erste Teilnehmerstation, die sich in Kommunikation mit der Makro-Basisstation befindet, in der Lage, die Vorwärtsverbindungsdaten der Makro-Basisstation vom durch die Mikro-Basisstation gesendeten kombinierten Vorwärtsverbindungsdatensignal zu empfangen und diversity- bzw. vielseitigkeitszukombinieren, wobei das Signal-zu-Rausch-Verhältnis verbessert wird, das sonst in der Nachbarschaft der Mikro-Basisstation auftreten würde.
In einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kombiniert die Mikro-Basisstation das erste Vorwärtsverbindungssignal mit seinem eigenen ausgehenden zweiten Vorwärtsverbindungssignal auf Funkfrequenz bzw. Radio Frequency (RF). In einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kombiniert die Mikro-Basisstation das erste Vorwärtsverbindungssignal mit seinem eigenen ausgehenden zweiten Vorwärtsverbindungssignal auf einer Zwischenfrequenz bzw. Intermediate Frequency (IF).
Die vorliegende Erfindung verzögert zudem das empfangene erste Vorwärtsverbindungsdatensignal um eine vorgegebene Verzögerungsperiode, bevor sie sie mit dem zweiten Vorwärtsverbindungsdatensignal kombiniert, so dass es der ersten Teilnehmerstation als ein auflösbares Multipfadsignal erscheint. Um Selbstinterferenz zu vermeiden, schaltet die zweite drahtlose Basisstation zwischen dem Empfang des ersten Vorwärtsverbindungsdatensignals und der Sendung des kombinierten Vorwärtsverbindungsdatensignals nach einer vorgegebenen Schaltperiode. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel resultiert die vorgegebene Schaltperiode in ungefähr einem 50%igen Arbeitszyklus für Senden. Auf diese Weise überträgt die Mikro-Basisstation im Wesentlichen nicht kontinuierlich, sondern schaltet eher ungefähr nach dem „Halbintervall" eines vorgegebenen Zeitintervalls zwischen der Sendung eines kombinierten Signals und dem Empfang des ersten Vorwärtsverbindungssignals von der Makro-Basisstation.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung misst ein Leistungsmesser in der Mikro-Basisstation einen Leistungspegel des verzögerten empfangenen ersten Vorwärtsverbindungsdatensignals, und ein Verstärkungsanpasser passt den Leistungspegel des verzögerten empfangenen ersten Vorwärtsverbindungsdatensignals als Reaktion auf die Leistungspegelmessung an, um das erste Vorwärtsverbindungsdatensignal in Bezug auf das zweite Vorwärtsverbindungsdatensignal zu skalieren. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Skalierungsfaktor in Übereinstimmung mit der empfangenen Leistung des ersten Vorwärtsverbindungssignals bestimmt, wie sie durch den Leistungsmesser gemessen wird. Diese Skalierung wird durchgeführt, um ausreichende Energie der erneut gesendeten Vorwärtsverbindungsdaten der Makro-Basisstation an der ersten Teilnehmerstation sicherzustellen, ohne das Signal-zu-Rausch-Verhältnis des der mikro-basisstationseigenen Vorwärtsverbindungsdaten bei der zweiten Teilnehmerstation übermäßig zu verschlechtern.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird inakzeptable Interferenz von der zweiten Teilnehmerstation, die mit der Mikro-Basisstation kommuniziert, vermieden, dadurch dass die Mikro-Basisstation entweder die Kommunikation mit der zweiten Teilnehmerstation beendet oder einen Übergang bzw. Handoff der zweiten Teilnehmerstation zur Makro-Basisstation ausführt, wenn die Sendeleistung der zweiten Teilnehmerstation eine vorgegebene Schwelle überschreitet. In diesem Zusammenhang erzeugt ein Leistungssteuerungsbefehlgenerator in der Mikro-Basisstation Leistungssteuerungsbefehle, wobei jeder der Leistungssteuerungsbefehle einen Anstieg oder ein Absinken der Sendeleistung anzeigt. Ein Sender in der Mikro-Basisstation überträgt diese Leistungssteuerungsbefehle zur zweiten Teilnehmerstation. Um übermäßige Interferenz zu vermeiden, beendet die Mikro-Basisstation die Kommunikation mit der zweiten Teilnehmerstation, wenn die Mikro-Basisstation eine vorgegebene Anzahl von aufeinanderfolgenden Leistungssteuerungsbefehlen überträgt, die einen Anstieg der Sendeleistung anzeigen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel informiert die Basisstation die zweite Teilnehmerstation über die maximale Leistung, welche die zweite Teilnehmerstation bei Benutzung der Mikro-Basisstation senden darf. Die zweite Teilnehmerstation darf diese Leistung nicht übersteigen, so lange sie mit der Mikro-Basisstation kommuniziert. Wenn die zweite Teilnehmerstation, die die Mikro-Basisstation verwendet, diese Begrenzung erreicht, wird die Mikro-Basisstation kontinuierlich Leistungssteuerungsbefehle senden, um die zweite Teilnehmerstation ihre Ausgangsleistung erhöhen zu lassen; dennoch wird die zweite Teilnehmerstation ihre Sendeleistung nicht erhöhen. Die Mikro-Basisstation kann dann erkennen, dass sich die zweite Teilnehmerstation am Rande der Abdeckung befindet und den Anruf freigeben. Die Mikro-Basisstation kann die maximale Leistungsmenge bestimmen, welche die zweite Teilnehmerstation senden darf, indem sie die Leistungsmenge überwacht, welche von der Makro-Basisstation empfangen wird.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Makro-Basisstation typischerweise Mittel, um extrem genaue Zeit- und Frequenzreferenzen aufrechtzuerhalten. Dies wird im allgemeinen durch einen Globalen Positionierungssystems- bzw. Global Positioning System (GPS) Satellitenempfänger oder andere teure Ausrüstung erfüllt. Nichtsdestoweniger kann es unerschwinglich teuer sein, solche Präzisionsausrüstung der Mikro-Basisstation zur Verfügung zu stellen. Daher erhält die Mikro-Basisstation in der vorliegenden Erfindung die genauen Zeit- und Frequenzreferenzen von der Makro-Basisstation. Diesbezüglich beinhaltet die Mikro-Basisstation einen Demodulator, der das empfangene erste Vorwärtsverbindungsdatensignal demoduliert, und Bestimmung der Zeitreferenz bedeutet Bestimmung einer Zeitreferenz aus dem demodulierten empfangenen ersten Vorwärtsverbindungsdatensignal. Desweiteren beinhaltet die Mikro-Basisstation Frequenzreferenzbestimmungs Mittel um eine Frequenzreferenz aus dem demodulierten empfangenen ersten Vorwärtsverbindungsdatensignal zu bestimmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Leistungsmerkmale, Objekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher aus der folgenden, detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in welchen gleiche Referenzzeichen die korrespondierenden Elemente bezeichnen:
1 ist eine Kurve der empfangenen Leistung als Funktion des Abstands von einer Makro-Basisstation und einer Mikro-Basisstation der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Übersichtsblockdiagramm des Systems der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels der Mikro-Basisstation der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels der Mikro-Basisstation der vorliegenden Erfindung;
5A ist ein Diagramm eines beispielhaften Teils der Vorwärtsverbindung der Makro-Basisstation, wie sie über ein beliebiges Zeitintervall gesendet wird;
5B ist ein Diagramm eines beispielhaften Teils der kombinierten Vorwärtsverbindung der Mikro-Basisstation, wie sie über dasselbe beliebige Zeitintervall wie bei 5A gesendet wird; und
6 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Codierungs- und Modulations-Vorrichtung der Makro-Basisstation.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
In einem zellularen CDMA-System wie dem, das durch den Telecommunications Industry Association (TIA)/Electronics Industry Association (EIA) Interim Standard IS-95 mit dem Titel „Mobile Station – Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System" beschrieben wird, arbeitet die Vorwärtsverbindung (Basisstation zu Mobilstation) in einem 1,25 Mhz Frequenzkanal, zum Beispiel, in Einklang mit IS-95, kann die Vorwärtsverbindung einer Basisstation auf einem speziellen 1,25 Mhz CDMA-Kanal arbeiten, der aus einer Vielzahl von 1,25 Mhz breiten CDMA-Kanälen zugeordnet ist, die sich im Bereich von 869,70 Mhz bis 893,31 Mhz befinden.
Eine einzelne CDMA-Basisstation kann unterschiedliche Informationssignale zu jeder ihrer mehrfachen Teilnehmerstationen über denselben 1,25 Mhz Frequenzkanal senden. Die CDMA-Basisstation kann jedes jeweilige Informationssignal mit einem unterschiedlichen Pseudo-Rausch- bzw. Pseudo-Noise-(PN)-Code modulieren, der das Informationssignal in der Frequenz aufspreizt. Eine spezielle Teilnehmerstation ist dann in der Lage, das Informationssignal von Interesse für sie zu unterscheiden, indem das empfangene Signal mit demselben PN-Code korreliert wird, der von der Basisstation verwendet wurde, um dieses Signal zu modulieren, wobei nur das gewünschte Informationssignal entspreizt bzw. despread wird. Der Rest der Informationssignale, deren Codes nicht passen, werden in der Bandbreite nicht entspreizt.
Als eine Folge tragen diese anderen Informationssignale zum Rauschen am Teilnehmerstationsempfänger bei und stellen eine durch das CDMA-System erzeugte Selbstinterferenz dar. Aus ähnlichen Gründen tragen auch Signale von benachbarten Basisstationen zum Rauschen am Teilnehmerstationsempfänger bei.
So lange das Verhältnis der Energie pro Bit (E_b) des gewünschten Informationssignals zur Rauschleistungsspektraldichte (N₀) der Betriebsumgebung ausreichend groß ist, kann das gewünschte Informationssignal erfolgreich demoduliert werden. Wenn jedoch das E_b/N₀ des gewünschten Informationssignals klein ist, wie beim Vorhandensein signifikanter Interferenz von anderen Basisstationen, werden Fehlerraten inakzeptabel hoch. Wenn eine Teil nehmerstation sich von dem Abdeckungsgebiet einer ersten Basisstation in das Abdeckungsgebiet einer zweiten Basisstation bewegt, wird sie aus diesen Gründen im allgemeinen einen „Übergang" bzw. „Handoff" von der ersten Basisstation zur zweiten Basisstation ausführen, wenn Signale von der zweiten Basisstation eine vorgegebene Schwelle überschreiten. Diese allgemeinen Prinzipien werden detaillierter in den oben genannten Patenten beschrieben. Dieselben allgemeinen Prinzipien für akzeptables Signal-zu-Rausch-Verhältnis gelten genauso für andere drahtlose Kommunikationssysteme.
Das schafft ein signifikantes Problem, wenn eine persönliche Basisstation auf demselben zugeordneten 1,25 Mhz Frequenzkanal betrieben wird, wie eine benachbarte Makro-Basisstation. Das Problem wird durch 1 illustriert. Linie 102 stellt die an einer Teilnehmerstation empfangene (Zeit) Leistung von einer Makro-Basisstation als eine Funktion des Abstands von der Makro-Basisstation dar. Linie 104 stellt die an der Teilnehmerstation empfangene Leistung von der persönlichen Basisstation, welche hier auch als „Mikro"-Basisstation bezeichnet wird, als eine Funktion des Abstands von der Mikro-Basisstation dar. Wenn folglich eine Teilnehmerstation, die innerhalb der Makro-Basisstation kommuniziert, sich von der Makro-Basisstation weg und zur Mikro-Basisstation hinbewegt, steigt die relative Leistung, die von der Mikro-Basisstation empfangen wird. Um preiswert zu bleiben, ist eine persönliche Basisstation relativ klein und hat nicht die Ressourcen, um einen Übergang bzw. Handoff von einer benachbarten Makro-Basisstation akzeptieren zu können, auch wenn es wünschenswert wäre, dass dem so sei. Wenn die Mikro-Basisstation die Ressourcen hätte, um Handoffs akzeptieren zu können, kann es ferner nicht wünschenswert sein, die Mikro-Basisstation in einer Art zu betreiben, in der sie alle Handoffs oder Anrufe von der Makro-Basisstation akzeptiert. Daher wird bei irgendeiner Distanz, bezeichnet mit „D", die von der Mikro-Basisstation empfangene Leistung, die Interferenz für die mit der Makro-Basisstation kommunizierenden Teilnehmerstation darstellt, groß genug, um inakzeptabel hohe Demodulationsfehlerraten zu verursachen.
Ein Beispiel des in 1 illustrierten Dilemmas ist, wenn ein Mobiltelefonnutzer, der über ein Mobiltelefon in seinem Auto mit einer Makro-Basisstation kommuniziert, an einem Haus vorbeifährt, das eine persönliche Basisstation hat, die ihre Vorwärtsverbindung auf derselben Frequenzzuordnung betreibt wie die Vorwärtsverbindung der Makro-Basisstation. Da die persönliche Basisstation zu dem Hauseigentümer gehört, ist sie im allgemeinen so programmiert, nur abgehende Anrufe oder Handoffs von „Heim"-Teilnehmerstationen zu akzeptieren (d.h. solche, die der Mikro-Basisstation zugeordnet sind), und nicht von „fremden" Teilnehmerstationen (d.h. solche, die nicht der Mikro-Basisstation zugeordnet sind). Dies kann zum Beispiel erfüllt werden, indem die Mikro-Basisstation die Identität der Mobilstation, wie zum Beispiel die IMSI oder ESN, erkennt, die die Erlaubnis hat, einen Anruf aufzubauen oder einen Handoff durchzuführen. Um vor Missbrauch zu schützen, kann dies durch die Verwendung eines Authentifizierungsschlüssels oder einer persönlichen Identifikationsnummer bzw. Personal Identification Number (PIN) verifiziert werden, welche von der „Heim"-Teilnehmerstation und der Mikro-Basisstation geteilt werden. Die Mikro-Basisstation kann auch über das Netzwerk über autorisierte Mobilstationen informiert werden, und die Mikro-Basisstation kann diese Mobilgeräte über ihre IMSI oder ESN erkennen. Folglich, wenn sich der Mobiltelefonnutzer dem Haus nähert, würde die Interferenz von der persönlichen Basisstation ohne die vorliegende Erfindung inakzeptabel hoch werden.
I. Mikro-Basisstationswiederholer
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und ein System für den Betrieb einer persönlichen Basisstation bereit, wobei die Vorwärtsverbindung der persönlichen Basisstation auf demselben Frequenzkanal wie die Vorwärtsverbindung einer Makro-Basisstation ist, welche zu einem benachbarten drahtlosen Kommunikationssystem gehört. Die Lösung für die persönliche Basisstation ist, einen Teil der Zeit auf das zu „lauschen", was die Makro-Basisstation auf ihrer Vorwärtsverbindung zur Teilnehmerstation überträgt. Die Mikro-Basisstation kombiniert dann die Vorwärtsverbindungsdaten der Makro-Basisstation mit ihren eigenen ausgehenden Vorwärtsverbindungsdaten. Die zwei Signale können relativ zueinander skaliert werden und so kombiniert werden, dass eine vorbeikommende Teilnehmerstation ihr gewünschtes Informationssignal, welches von der Makro-Basisstation stammt, von dem von der Mikro-Basisstation gesendeten kombinierten Signal demodulieren könnte. Ein Überblick über das System 200 der vorliegenden Erfindung wird in 2 illustriert.
In 2 wird eine Mobilstation 222 in Kommunikation mit Makro-Basisstation 204 gezeigt. So wird das gewünschte Informationssignal für die Mobilstation 222 als Teil der Vorwärtsverbindungsdaten der Makro-Basisstation durch Sende-/Empfangseinheit (XCVR) 218 über die Antenne 216 und den Vorwärtsverbindungspfad 226 gesendet. Mobilstation 222 empfängt die Vorwärtsverbindungsdaten der Makro-Basisstation über Antenne 220. Mobilstation 222 überträgt auch ein Rückwärtsverbindungssignal über Antenne 220 und über den Rückwärtsverbindungspfad 228, welches durch Antenne 216 der Makro-Basisstation eingefangen und durch XCVR 218 empfangen wird. So würde Mobilstation 222 im allgemeinen der „fremden" Teilnehmerstation entsprechen, die nicht der Mikro-Basisstation 202 zugeordnet ist.
In 2 wird auch eine tragbare Station 236 in Kommunikation mit Mikro-Basisstation 202 gezeigt. Das von Mikro-Basisstation 202 gesendete Vorwärtsverbindungssignal wird von der tragbaren Station 236 über Vorwärtsverbindungspfad 232 empfangen. Tragbare Station 236 überträgt auch ein Rückwärtsverbindungssignal über Rückwärtsverbindungspfad 234, welches von der Mikro-Basisstation 202 empfangen wird. So würde tragbare Station 236 im allgemeinen der „Heim"-Teilnehmerstation entsprechen, die der Mikro-Basisstation zugeordnet ist. Tragbare Station 236 kann auch in der Lage sein, ein Signal von Makro-Basisstation 204 auf der Vorwärtsverbindung zu empfangen. Jedenfalls geht diese Erfindung davon aus, dass sich die Mobilstation nicht in einem weichen Übergang bzw. soft Handoff mit der Makro-Basisstation befindet. Folglich kann die Makro-Basisstation 204 zur Interferenz bei tragbarer Station 236 beitragen, und es kann sein, dass tragbare Station 236 keine Signale mit der gewünschten Nutzerinformation von der Makro- Basisstation 204 erhält. In ähnlicher Weise kann Makro-Basisstation 204 irgendein Signal von tragbarer Station 236 empfangen; dennoch verarbeitet sie die Rückwärtsverbindung von tragbarer Station 236 nicht, und folglich ist das Empfängersignal Interferenz.
Es sollte beachtet werden, dass sowohl Mobilstation 222 als auch tragbare Station 236 jede beliebige Art von drahtloser Teilnehmerstation sein könnte, sei es mobil, tragbar, oder anderer Art. Jedenfalls werden sie hier zum Zweck klarer und einfacher Illustration als eine Mobilstation 222 und eine tragbare Station 236 bezeichnet.
Mikro-Basisstation 202 empfängt auch das von Makro-Basisstation 204 über Vorwärtsverbindungspfad 224 gesendete Vorwärtsverbindungsdatensignal. Das Signal wird von Antenne 206 der Mikro-Basisstation eingefangen und durch Duplexer 208 zum Kombinierer 214 geleitet. Kombinierer 214 kombiniert das von Makro-Basisstation 204 gesendete Vorwärtsverbindungsdatensignal mit den eigenen Vorwärtsverbindungsdaten der Mikro-Basisstation. Das resultierende kombinierte Vorwärtsverbindungsdatensignal wird dann durch Duplexer 208 und Antenne 206 gesendet. Die Mobilstation 222 empfängt das kombinierte Vorwärtsverbindungsdatensignal über Vorwärtsverbindungspfad 230. So ist Mobilstation 222 in der Lage, die Vorwärtsverbindungsdaten der Makro-Basisstation sowohl über Vorwärtsverbindungspfad 226 als auch Vorwärtsverbindungspfad 230 zu empfangen und diversity- bzw. vielseitigkeitszukombinieren, womit das Signal-zu-Rausch-Verhältnis verbessert wird, das ansonsten in der Nähe der Mikro-Basisstation 202 auftreten würde. Dasselbe kombinierte Vorwärtsverbindungsdatensignal wird auch von tragbarer Station 236 über Vorwärtsverbindungspfad 232 empfangen.
Der Duplexer 208 kann auch einer anderen Funktion dienen, die Sendefrequenz der tragbaren Station 236 von der Sendefrequenz der Mikro-Basisstation 202 zu trennen. Das Signal, das von der tragbaren Station 236 empfangen wurde, wird dann in einen Empfänger und einen Demodulator eingespeist, welche in 2 nicht dargestellt werden. Der Empfänger und der Demodulator sind in Form ähnlich zu denen, die in der Makro-Basisstation 204 verwendet werden. Dennoch ist die Mikro-Basisstation 202 typischerweise dafür ausgelegt, nur einen einzelnen Anruf oder wenige Anrufe verarbeiten zu können, daher kann der Empfänger und Demodulator von Mikro-Basisstation 202 in der Auslegung viel einfacher sein als der Empfänger und Demodulator in der Makro-Basisstation 204.
In einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kombiniert die Mikro-Basisstation 202 das Vorwärtsverbindungssignal der Makro-Basisstation mit seinem eigenen ausgehenden Vorwärtsverbindungssignal auf Funkfrequenz bzw. Radio Frequency (RF). 3 illustriert dieses erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Vorwärtsverbindungssignal der Makro-Basisstation wird von Mikro-Basisstation 202 über Vorwärtsverbindungpfad 224 empfangen. Antenne 206 reicht dieses empfangene Vorwärtsverbindungssignal durch Duplexer 208 weiter an Verzögerungselement 304. Verzögerungselement 304 führt eine vorgegebene Zeitverzögerung, die weiter unten detailliert erklärt wird, in das empfangene Vorwärtsverbindungssignal ein. Das verzögerte Vorwärtsverbindungssignal wird zum Skalierungselement 320 weitergereicht, welches das verzögerte Vorwärtsverbindungssignal nach dem Skalierungsfaktor g skaliert, der durch Verstärkungsanpassungselement 312 erzeugt wird. Skalierungselement 320 kann Abschwächer, Verstärker oder beides beinhalten, um den Signalpegel von Makro-Basisstation 204 auf den richtigen Pegel anzupassen. Die Bauweise dieser Elemente ist in Fachkreisen bekannt.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist Duplexer 208 ein Schalter, wie in den 3 und 4 gezeigt wird. Wie oben angesprochen, kann er mit einem herkömmlicheren Duplexer kombiniert werden, um es Antenne 206 zu erlauben, für den Empfang der Sendungen von tragbarer Station 236 verwendet zu werden. In dieser Verwendung trennt Duplexer 208 die empfangenen Sendungen von tragbarer Station 236 und speist sie in Empfänger 324 ein. Dies wird in den Figuren nicht gezeigt, da dies in Fachkreisen wohlbekannt ist.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Skalierungsfaktor g sowohl nach der empfangenen Leistung des Vorwärtsverbindungssignals bestimmt, wie sie von Leistungsmesser 310 gemessen wird, als auch nach der Verstärkung des Vorwärtsverbindungssignals der Mikro-Basisstation, wie durch den Sender (XMTR) 314 gesendet. Der Skalierungsfaktor g stellt ein Mittel zur Skalierung des empfangenen Vorwärtsverbindungssignals der Makro-Basisstation relativ zum Vorwärtsverbindungsdatensignal der Mikro-Basisstation, welches von XMTR 314 konvertiert und verstärkt wurde, zur Verfügung. Diese Skalierung wird durchgeführt, um ausreichendes E_b/N₀ der erneut gesendeten Vorwärtsverbindungsdaten der Makro-Basisstation bei Mobilstation 222 sicherzustellen, ohne E_b/N₀ der mikro-basisstationseigenen Vorwärtsverbindungsdaten bei der tragbaren Station 236 des Mikro-Basisstationsnutzers übermäßig zu verschlechtern. Das skalierte Vorwärtsverbindungssignal der Makro-Basisstation wird in Kombinierer 322 mit dem von XMTR 314 erzeugten Vorwärtsverbindungssignal der Mikro-Basisstation kombiniert. Das resultierende kombinierte Vorwärtsverbindungssignal wird Antenne 206 durch Duplexer 208 zur Verfügung gestellt, wo es über die Vorwärtsverbindungspfade 230 und 232 abgestrahlt wird.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kombiniert die Mikro-Basisstation 202 das Vorwärtsverbindungssignal der Makro-Basisstation mit seinem eigenen ausgehenden Vorwärtsverbindungssignal auf einer Zwischenfrequenz bzw. Intermediate Frequency (IF). 4 illustriert dieses zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Vorwärtsverbindungssignal der Makro-Basisstation von Mikro-Basisstation 202 über Vorwärtsverbindungspfad 224 empfangen. Antenne 206 reicht dieses empfangene Vorwärtsverbindungssignal durch Duplexer 208 an Empfänger 403 weiter, wo das Signal auf IF herunterkonvertiert wird. Das IF-Vorwärtsverbindungssignal der Makro-Basisstation wird dann zu Verzögerungselement 304 weitergeleitet, welches eine vorgegebene Zeitverzögerung in das IF Vorwärtsverbindungssignal der Makro-Basisstation einführt. Das verzögerte IF-Vorwärtsverbindungssignal der Makro-Basisstation wird zum Skalierungselement 320 weitergeleitet, welches das verzögerte Vorwärtsverbindungssignal in Übereinstimmung mit dem Skalierungsfaktor g, der durch das Verstärkungsanpassungselement 312 erzeugt wird, skaliert. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Skalierungsfaktor g sowohl nach der empfangenen Leistung des Vorwärtsverbindungssignals bestimmt, die vom Leistungsmesser 310 gemessen wird, als auch nach der Verstärkung des IF-Vorvvärtsverbindungssignals der Mikro-Basisstation, das vom Vorverstärker 415 verstärkt wird. Der Skalierungsfaktor g liefert ein Mittel, das IF-Vorwärtsverbindungssignal der Makro-Basisstation relativ zum IF-Vorwärtsverbindungssignal der Mikro-Basisstation, das von Vorverstärker 415 verstärkt wurde, zu skalieren. Das skalierte IF-Vorwärtsverbindungssignal der Makro-Basisstation wird in Kombinierer 322 mit dem IF-Vorwärtsverbindungssignal der Mikro-Basisstation kombiniert. Das resultierende kombinierte Vorwärtsverbindungssignal wird an den Sender 414 geliefert, wo es hochkonvertiert, verstärkt und durch Duplexer 208 über Antenne 206 gesendet wird, wo es über Vorwärtsverbindungspfade 230 und 232 abgestrahlt wird.
Als ein Ergebnis folgt die Sendeleistung der Vorwärtsverbindung der Makro-Basisstation 204 der Kurve 106 in 1. Insbesondere folgt die effektive Leistungsdichte (oder Leistung, die von der Mobilstation 222 empfangen wird) der Vorwärtsverbindung der Makro-Basisstation 204 Kurve 106, die sehr nahe zu der liegt, die nur durch die Makro-Basisstation 204 abgestrahlt wird (Kurve 102), bis die Mobilstation 222 der Mikro-Basisstation 202 nahe kommt. An diesem Punkt ist Mobilstation 222 in der Lage, sowohl die Mikro-Basisstation 202 als auch die Makro-Basisstation 204 zu empfangen, wobei das Ergebnis leicht über Kurve 102 liegt. Wenn die Mobilstation 222 sehr nahe an der Mikno-Basisstation 202 ist, dann ist die Leistung im wesentlichen die der Mikro-Basisstation 202 alleine und folgt Kurve 104.
Da sich die Vorwärtsverbindung der Makro-Basisstation 204 auf derselben Frequenzzuordnung befindet wie die Vorwärtsverbindung der Mikro-Basisstation 202, ist es entscheidend für die vorliegende Erfindung, dass die Mikro-Basisstation 202 der Makro-Basisstation 204 nicht „lauscht", während die Mikro-Basisstation 202 selbst überträgt. Offensichtlich würde dies inakzep table Selbstinterferenz verursachen. Daher stellt diese Erfindung ein Zeitschema zur Verfügung, das diese Selbstinterferenz vermeidet.
5A und 5B illustrieren das Zeitschema der vorliegenden Erfindung. 5A ist eine Kurve der Energie der Vorwärtsverbindung der Makro-Basisstation über eine Zeitperiode. In der beispielhaften Illustration wird die Vorwärtsverbindung der Makro-Basisstation über Zeitintervall T₀-T₅ dargestellt. Die Daten im Zeitintervall T₀-T₅ werden in 5A entsprechend als C₁ bis C₃ dargestellt. Wie man in 5A sehen kann, kann die Makro-Basisstation Daten kontinuierlich über das Zeitintervall T₀-T₅ senden, wie es typischerweise in einem System getan würde, das dem IS-95-Standard genügt. Daher stellt 5A ein allgemeines Beispiel eines Vorwärtsverbindungssignals der Makro-Basisstation über der Zeit dar, das man auf Vorwärtsverbindungspfad 224 der 2, 3 und 4 beobachten könnte.
5B ist eine Kurve der Energie der Vorwärtsverbindung der Mikro-Basisstation über dieselben Zeitintervalle wie in 5A. Die schattierten Teile der Zeitintervalle zeigen Zeiten an, in denen die Mikro-Basisstation 202 nicht überträgt, sondern eher dem Vorwärtsverbindungssignal der Makro-Basisstation „lauscht", wie in 5A dargestellt. Die nicht schattierten Teile stellen Zeiten dar, in denen die Mikro-Basisstation 202 das kombinierte Signal überträgt, das die Vorwärtsverbindungsdaten der Mikro-Basisstation und die Vorwärtsverbindungsdaten der Makro-Basisstation umfasst. Wie man in 5B sehen kann, überträgt die Mikro-Basisstation im wesentlichen nicht kontinuierlich über das Zeitintervall T₀-T₅, sondern schaltet eher ungefähr auf dem „Halb-Intervall" jedes Zeitintervalls zwischen Sendung eines kombinierten Signals und Empfang des Vorwärtsverbindungssignals der Makro-Basisstation um. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird auch eine kurze Sicherheitspause bzw. Guard Period bereitgestellt, während der die Mikro-Basisstation weder ein kombiniertes Signal überträgt noch das Vorwärtsverbindungssignal der Makro-Basisstation empfängt. Diese Sicherheitspause wird in 5B durch die kurzen, freien Perioden zwischen aufeinanderfolgenden schattierten und nicht schattierten Blöcken dargestellt. Auf diese Weise stellt 5B ein allgemeines Beispiel eines kombinierten Vorwärtsverbindungssignals der Mikro-Basisstation über der Zeit dar, das man auf Vorwärtsverbindungspfaden 230 und 232 der 2, 3 und 4 beobachten könnte.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Zeitschema von 5B durch Verzögerungselement 304 und der Schaltmittel von Duplexer 208 erfüllt. Alternativ kann das Schaltmittel durch Empfänger 324 (3) oder 403 (4) und entsprechend Sender 314 (3) oder 414 (4) implementiert werden, indem alternativ das Sende- und Empfangssignal ausgeblendet wird. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel leitet Duplexer 208 während der Zeit, die durch die schattierten Perioden in 5B dargestellt wird, das ankommende Vorwärtsverbindungssignal der Makro-Basisstation an Verzögerungselement 304 und Empfänger 324 (3) oder 403 (4) weiter. Auf diese Weise „lauscht" die Mikro-Basisstation auf die erste Hälfte jedes Vorwärtsverbindungsdatenintervalls C1-C5 der Makro-Basisstation von 5A. Wie zuvor erwähnt, führt Verzögerungselement 304 eine vorgegebene Zeitverzögerung in das empfangene Vorwärtsverbindungssignal der Makro-Basisstation ein. Diese vorgegebene Zeitverzögerung ist gleich der Schaltperiode, d.h. ein Halb-Intervall. Während der Zeitperioden, die durch die nicht schattierten Teile von 5B dargestellt werden, leitet Duplexer 208 das ausgehende kombinierte Vorwärtsverbindungssignal zu Antenne 206 zur Abstrahlung über Vorwärtsverbindungspfade 230 und 232. So beinhaltet das kombinierte Signal, das durch die Mikro-Basisstation gesendet wird, wie durch die nicht schattierten Teile von 5B dargestellt, die Vorwärtsverbindungsdaten der Makro-Basisstation vom unmittelbar vorausgehenden Halb-Intervall.
Da die Mikro-Basisstation 202 der Vorwärtsverbindung der Makro-Basisstation 204 nicht „lauschen" kann, wenn die Mikro-Basisstation 202 selbst überträgt, „verpasst" die Mikro-Basisstation 202 im wesentlichen die Hälfte der auf der Vorwärtsverbindung der Makro-Basisstation 204 gesendeten Daten. Das bedeutet, dass sie nicht in der Lage sein wird, die zweite Hälfte jedes Vorwärtsverbindungsdatenintervalls C₁-C₅ der Makro-Basisstation zu verzögern und erneut auszusenden. Daher wird die Periode des Schaltintervalls vorzugswei se so ausgewählt, dass die „verpassten" Daten einen minimalen Effekt auf die Fähigkeit der Mobilstation 222 oder tragbaren Station 236 haben, das kombinierte Vorwärtsverbindungssignal demodulieren und dekodieren zu können. Die Bestimmung einer akzeptablen Schaltperiode hängt sehr stark von der Gestaltung der Vorwärtsverbindung ab, die von Makro-Basisstation 204 und Mikro-Basisstation 202 auf ihren entsprechenden Vorwärtsverbindungen verwendet wird.
Eine beispielhafte Vorwärtsverbindungscodierung und ein beispielhaftes Modulationsschema für einen Vorwärtsverkehrskanal von Makro-Basisstation 204 oder Mikro-Basisstation 202 ist in 6 illustriert und basiert auf IS-95. Es ist zu bemerken, dass andere Kommunikationskanäle wie Pilot- und Synchronisationskanäle in einer vergleichbaren Art und Weise codiert und moduliert werden können. Dennoch wird hier aus Gründen der Klarheit und Einfachheit die Arbeitsweise eines Verkehrskanals diskutiert.
In 6 werden Faltungskodierer bzw. Convolution Encoder 602 Vorwärtsverbindungsinformationsdaten vorgestellt, die in Rahmen bzw. Frames gemultiplext wurden. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel hat der Faltungscode die Rate 1/2, wodurch für jedes Eingangsdatenbit an Kodierer 602 zwei Codesymbole erzeugt werden. Ebenso hat der Kodierer 602 in dem exemplarischen Ausführungsbeispiel eine Begrenzungslänge bzw. constraint length von neun. Wie in Fachkreisen bekannt, verwendet Faltungskodierung die Modulo-2-Addition von ausgewählten Abgriffen bzw. Taps der seriellen zeitverzögerten Eingangsdatensequenz. Die Länge der Datensequenzverzögerung ist gleich K-1, wobei K die Begrenzungslänge ist. Auf diese Weise hat das Ergebnis des Faltungskodierers 602 die doppelte Rate der Eingangssequenz, wobei jedes der resultierenden faltungskodierten Modulationssymbole von anderen benachbarten Modulationssymbolen abhängig ist, entsprechend der Begrenzungslänge. Es ist klar, dass andere Coderaten und Begrenzungslängen verwendet werden könnten.
Die Ausgabe von Faltungskodierer 602 wird dem Symbolwiederholer 604 vorgestellt. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel wiederholt Symbolwiederholer 604 jedes faltungskodierte Modulationssymbol entsprechend der Informationsdatenrate, was in einer Ausgabe resultiert, die eine konstante Modulationssymbolrate hat. Wenn zum Beispiel die Informationsdatenrate auf der höchsten Rate von 9600 bps ist, gibt es keine Symbolwiederholung. Bei einer Informationsdatenrate von der Hälfte der höchsten Rate, also 4800 bps, wird jedes Codesymbol einmal wiederholt (jedes Symbol tritt zwei Mal hintereinander auf). Bei einer Informationsdatenrate von einem Viertel der höchsten Rate, also 2400 bps, wird jedes Codesymbol drei Mal wiederholt. Und bei einer Informationsdatenrate von einem Achtel der höchsten Rate, also 1200 bps, wird jedes Codesymbol sieben Mal wiederholt. Wie man sehen kann, würde dieses Beispiel in einer konstanten Modulationssymbolrate von 19.200 Modulationssymbolen pro Sekunde resultieren, die die Ausgabe des Symbolwiederholers 604 darstellen. Es ist klar, dass andere Ratensätze eingesetzt werden können.
Die Ausgangssymbole von Symbolwiederholer 604 werden dem Blockverschachtler bzw. Block Interleaver 606 vorgestellt, der in dem exemplarischen Ausführungsbeispiel für einen Verkehrskanal 20 ms überspannt, was bei der exemplarischen Modulationssymbolrate von 19.200 Symbolen pro Sekunde 384 Modulationssymbolen entspricht. Das Verschachtelungsfeld hat 24 Reihen mit 16 Spalten. Die Symbole werden spaltenweise in das Feld bzw. Array von Blockverschachtler 606 geschrieben, und in einem Muster ausgelesen, das benachbarte Modulationssymbole weitestgehend auseinanderzieht.
Im beispielhaften Fall eines Vorwärtsverkehrskanals sind die verschachtelten Modulationssymbole, die vom Blockverschachtler 606 ausgelesen werden, Eingangsdaten für den Modulo-2-Addierer 608, wo sie durch die Lang-Code-PN-Sequenz, die der Mobilstation 222 zugeordnet ist, maskiert werden. Lang-Code-Generator 614 erzeugt eine PN-Sequenz bei einer Rate von 1,2288 Mcps, die anschließend durch den Dezimierer bzw. Decimator 616 auf 19.200 ksps heruntergesampled wird, um die Modulationssymbolrate zu tref fen. Die PN-Sequenz wird weiter heruntergesampled durch Dezimator 618, um die Stellen der Leistungssteuerungsbits, die durch Multiplexer (MUX) 610 in den Vorwärtsverkehrskanal punktiert bzw. punctured werden, zu maskieren oder zufällig zu verteilen.
Anschließend werden die Vorwärtsverkehrsdaten durch eine zugeordnete Verkehrskanal-Walsh-Funktion mit einer festen Chip-Rate von 1,2288 Mcps in Modulo-2-Addierer 612 orthogonal bezogen auf andere Vorwärtskanäle gespreizt. Dann werden die Vorwärtsverkehrsdaten durch I-Kanal- bzw. Q-Kanal-PN-Spreizsequenzen PN_I bzw. PN_Q quadraturgespreizt, Modulo-2-Kanaldaten werden in den entsprechenden Filtern 624 bzw. 626 gefiltert, und dann durch die Mixer 628 und 630 auf die Trägerfrequenz f_c hochkonvertiert. Die resultierenden I- und Q-Kanal-Funksignale werden dann im Kombinierer 632 kombiniert und bilden den Ausgang für weitere Leistungsverstärkung und Abstrahlung über Antenne 216 (siehe 2). Das beispielhafte Kodierungs- und Modulationsschema von 6 wird ausführlicher beschrieben in dem oben referenzierten U.S.-Patent Nr. 5,103,459.
Das gerade beschriebene Kodierungs- und Modulationsschema ist sehr robust und widerstandsfähig gegen Fehler. Als ein Ergebnis kann die Summe der „Lausch"-Zeit etwas weniger als 50% des Arbeitszyklus betragen ohne nennenswerten Verlust von Daten. Folglich kann die Schaltperiode, die durch die vorliegende Erfindung verwendet wird, in einem Kommunikationssystem, das ein so leistungsstarkes Fehlercodierschema einsetzt, variabler über einen größeren Bereich eingesetzt werden, als die, die in einem System verwendet wird, das eine schmalere Bandbreite besitzt und daher weniger leistungsstarke Schemata einsetzen muss. Zum Beispiel wurde in dem gerade beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispiel jedes Informationsbit durch einen Faltungskodierer 602 mit der Rate 1/2 kodiert. Daher hat jedes Bit mindestens zwei Modulationssymbole, wobei die geringeren Raten durch den Symbolwiederholer 604 sogar noch mehr Redundanz hinzufügen. Desweiteren werden benachbarte Modulationssymbole durch Blockverschachtler 606 weitestgehend über die Zeit verteilt. Zusätzlich tragen sowohl die Begrenzungslänge des Faltungskodierers 602 als auch die Einzigartigkeit der verwendeten Codesymbole zur Robustheit des Kodierschemas bei. Setzt man ausreichende Energie des gesendeten Signals voraus, kann als ein Ergebnis die Schaltperiode ohne nennenswerten Verlust von Daten in der Größenordnung von Millisekunden liegen. Setzt man einen 20 ms – Rahmen voraus, kann die Schaltperiode an 10 ms herankommen. Alternativ kann die Schaltperiode weniger sein, in der Größenordnung der Dauer eines einzelnen Modulationssymbols, ein Fall, in dem jedes andere Symbol verloren wäre. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Schaltperiode sogar noch kleiner sein, in der Größenordnung der Periode eines einzelnen PN-Chips. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Schaltperiode zufällig verteilt sein. Die Bestimmung einer akzeptablen Schaltperiode hängt sehr stark von der Gestaltung der Vorwärtsverbindung ab, die von Makro-Basisstation 204 und Mikro-Basisstation 202 auf ihren entsprechenden Vorwärtsverbindungen verwendet wird. In dem Beispiel eines Systens, das dem IS-95-Standard genügt, sollte die Periode T_i+1 – T_i lang genug sein, so dass die Verzögerung größer ist als ein PN-Spreiz-Chip (so dass der Multipfad, der durch Mikro-Basisstation 202 erzeugt wird, durch mindestens einen Chip getrennt ist), und so, dass das gesendete Spektrum das des ursprünglichen IS-95-Signals ist. Dennoch sollte die Periode T_i+1 – T_i nicht so lange sein, dass die Mobilstation 222 nicht in der Lage ist, die Phase und die Zeitsteuerung der Basisstationen zu verfolgen. Eine weitere Betrachtung tritt mit IS-95-Systemen mit orthogonalen Vorwärtsverbindungen auf, die durch Walsh-Funktionen getrennt sind. Wenn die Mobilstation nur einen Teil einer Walsh-Funktion empfängt, dann ist die Orthogonalität ein Stück weit verloren, und das benötigte Signal-zu-Rausch-Verhältnis steigt aufgrund der Kopplung zwischen den Walsh-Kanälen der Vorwärtsverbindung. Um Orthogonalität aufrecht zu erhalten, könnte das Umschalten nach jeder Walsh-Funktion oder genauen Vielfachen der Zeitperiode einer Walsh-Funktion erfolgen. Um im Kontext eines IS-95-Systems noch spezifischer zu werden, sind die Stellen der Leistungssteuerungsbits zufällig verteilt und werden in den Datenstrom gemultiplext, wie in 6 gezeigt. Diese Leistungssteuerungsbits belegen alle 1,25 ms eine oder zwei Walsh-Funktionen auf der Vorwärtsverbindung. Für ein IS-95-System könnte man die Zeit des Umschaltens zufällig gestalten, so dass die Mobilstation 222, die die Makro-Basisstation 204 empfängt, alle Leistungssteuerungsbits empfängt. Die genaue Schaltdauer und der genaue Schaltzeitpunkt, der gewählt wird, hängt von diesen Punkten ab, zuzüglich anderen wie die Komplexität der Verzögerung 304.
Es sollte beachtet werden, dass die Mobilstation 222 (siehe 2), die mit der Makro-Basisstation 204 kommuniziert, fortfährt, Rückwärtsverbindungsdaten über Rückwärtsverbindungspfad 228 zu Makro-Basisstation 204 zu senden. Obwohl Mobilstation 222 das kombinierte Vorwärtsverbindungssignal von Mikro-Basisstation 202 über Vorwärtsverbindungspfad 230 der Mikro-Basisstation empfängt, demoduliert Mikro-Basisstation 202 das Signal von Mobilstation 222 nicht, obwohl das Signal von Mobilstation 222 stark genug sein könnte, um es zu demodulieren. Mit anderen Worten führt die Mobilstation 222 keinen Handoff zur Mikro-Basisstation 202 aus, obwohl die Pilotsignalstärke von Mikro-Basisstation 202 die nominale Schwelle für Handoff überschritten haben kann, wie in dem oben zitierten U.S.-Patent Nr. 5,101,501 diskutiert.
Das von Mikro-Basisstation 202 über Vorwärtsverbindungspfad 230 empfangene kombinierte Vorwärtsverbindungssignal erscheint Mobilstation 222 jeder anderen, von Makro-Basisstation 204 ausgehenden Multipfadkomponente sehr ähnlich, ausgenommen davon, dass das Signal nach dem halben Intervall „abgeschnitten" wird. Daher wird der Mobilstation 222, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel fähig ist, Multipfadsignale diversity- bzw. vielseitigkeitszukombinieren, durch die zusätzliche Energie, die über Vorwärtsverbindungspfad 230 geliefert wird, ausreichend geholfen, um inakzeptabel hohe Demodulationsfehlerraten zu vermeiden. Desweiteren, da die Mikro-Basisstation 202 alles, was sie auf der speziellen Frequenzzuordnung empfängt (d.h. die vollständige Vorwärtsverbindung der Makro-Basisstation), erneut überträgt, erhöht die Hinzunahme von weiteren „fremden" Mobileinheiten 222 die Last auf der Mikro-Basisstation 202 nicht.
In vielen Fällen wird sich die Mikro-Basisstation 202 innerhalb des Abdeckungsgebiets einer Makro-Basisstation 204 befinden. In diesem Fall überträgt sie nur die Vorwärtsverbindung dieser einen Makro-Basisstation 204 erneut. Dennoch, wie in U.S.-Patent Nr. 5,101,501, erteilt am 31. März 1992 unter dem Titel „METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING A SOFT HANDOFF IN COMMUNICATIONS IN A CDMA CELLULAR SYSTEM" offenbart, senden alle CDMA-Basisstationen auf derselben Frequenz und soft Handoff kann von Mobilstationen verwendet werden. In diesem Fall wird die Mikro-Basisstation 202 die Signale derjenigen Basisstationen, die sie empfängt, erneut senden mit einer zu der Stärke proportionalen Leistung, mit der sie durch die (15) Mikro-Basisstation 202 empfangen werden.
II. Zeit- und Frequenzreferenz
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung demoduliert die Mikro-Basisstation 202 mindestens einen logischen Kanal des Vorwärtsverbindungssignals der Makro-Basisstation 204, um eine stabile Zeit- und Frequenzreferenz zu erlangen. Wie zuvor erklärt beinhaltet die Makro-Basisstation 204 typischerweise Mittel, um extrem genaue Zeit- und Frequenzreferenz aufrechterhalten zu können. Dies wird im allgemeinen durch das Mittel eines Satellitenempfängers für Global Positioning System (GPS) erfüllt (nicht gezeigt), oder andere teure Ausrüstung. Dennoch kann es unerschwinglich teuer sein, solche Präzisionsausrüstung bei der Mikro-Basisstation 202 zur Verfügung zu stellen. Daher erhält die Mikro-Basisstation 202 in der vorliegenden Erfindung die genaue Zeit- und Frequenzreferenz von Makro-Basisstation 204.
Zurückkommend auf 3, fängt Antenne 206 das Vorwärtsverbindungssignal der Makro-Basisstation vom Vorwärtsverbindungspfad 224 ein und leitet es über Duplexer 208 zu Empfänger (RCVR) 324. Empfänger 324 konvertiert das Funksignal herunter und reicht es weiter zu Demodulator (DEMOD) 326. Demodulator 326 sucht nach dem Pilotkanal, der als Teil des Vorwärtsverbindungssignals der Makro-Basisstation gesendet wird, erfasst und demoduliert ihn. In dem beispielhaften CDMA-System kann dieses Pilotsignal verwendet werden, um anfängliche Systemsynchronisation zu erhalten und um robuste Verfolgung von Zeit, Frequenz und Phase des Vorwärtsverbindungssignals der Makro-Basisstation bereitzustellen. Auch überträgt jede Basisstation in dem beispielhaften CDMA-System einen Synchronisationskanal, der dieselbe PN-Sequenz und PN-Phase verwendet, wie der Pilotkanal und immer dann, wenn der Pilotkanal verfolgt wird demoduliert werden kann. Dieser Synchronisationskanal trägt eine Nachricht, die die Identifikation der Makro-Basisstation 204 und den genauen Phasenoffset des Pilot-PN-Trägers der Makro-Basisstation 204 beinhaltet.
Diese Synchronisationsinformation wird von Demodulator 326 zu Zeit- und Frequenzeinheit bzw. Time and Frequency Unit (TFU) 330 weitergereicht. TFU 330 ist dann in der Lage, die exakte Systemzeit zu bestimmen und eine stabile Frequenzreferenz von der Makro-Basisstation 204 zu erhalten. TFU 330 liefert dann diese Zeitsteuerungs- und Frequenzinformation an Sender 314 und Empfänger 324, und liefert Zeitsteuerunginformation an Duplexer 208, wenn Duplexer 208 die Schaltfunktion durchführt. Im Kontext des IS-95-Systems muss die Mikro-Basisstation 202 den Synchronisationskanal der Makro-Basisstation 204 nicht demodulieren, um Identifikation und Phasenoffset des Pilot-PN-Trägers der Makro-Basisstation zu erhalten. Dies ist so, weil sich Mikro-Basisstation 202 nicht bewegt und diese Information statisch ist. Daher kann diese Information an Mikro-Basisstation 202 durch andere Mittel geliefert werden, wie durch den Installierer der Mikro-Basisstation 202.
Dieselben Lehren sind anwendbar auf das Ausführungsbeispiel von 4 in Bezug auf Empfänger 403 und Sender 414. Mikro-Basisstation 202 kann dann den Pilotkanal der Makro-Basisstation kontinuierlich verfolgen, oder sie kann für eine vorgegebene Zeitperiode „frei laufen" und nur periodisch Systemzeit- und Frequenzreferenzaktualisierungen erhalten.
Es ist zu bemerken, dass obwohl der Zeit- und Frequenzreferenzaspekt der vorliegenden Erfindung hierin mit Bezug auf ein exemplarisches CDMA- Systems beschrieben wurde, die Lehren der vorliegenden Erfindung genauso auf andere Kommunikationssysteme anwendbar sind, ob digital oder analog und (25) unabhängig vom angewendeten Modulations- oder Kanalzuordnungsschema. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung auch in einem Kommunikationssystem verwendet werden, wo der Pilotkanal der Makro-Basisstation selbst eine Systemzeitreferenz trägt. Zusätzlich kann es sein, dass der Pilotkanal sich nicht auf derselben Trägerfrequenz oder dem selben Zeitschlitz wie irgendeiner der anderen Vorwärtsverbindungskanäle befindet. Die vorliegende Erfindung beabsichtigt nicht, auf die spezifischen hier gezeigten Beispiele beschränkt zu sein, und ein Fachmann kann die Lehren auf eine große Vielfalt von Kommunikationssystemen anwenden.
III. Leistungssteuerung der Mikro-Basisstation
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung steuert die Mikro-Basisstation 202 den Leistungspegel der Rückwärtsverbindung der tragbaren Station 236, um übermäßige Interferenz mit den Rückwärtsverbindungssignalen von anderen Teilnehmerstationen wie zum Beispiel Mobilstation 222, die von Makro-Basisstation 204 empfangen werden, zu vermeiden. Wie in Fachkreisen bekannt, kann Drahtloskommunikationssystem 200 eine Kombination von Offene-Schleife- bzw. Open-Loop- und Geschlossene-Schleife- bzw. Closed-Loop-Leistungssteuerungsmethoden verwenden, um Kapazität zu maximieren und übermäßige Interferenz zwischen Teilnehmerstationen zu verhindern. Bei Open-Loop-Leistungssteuerungsmethoden wird die gesendete Leistung des Pilotsignals gemessen, wie sie an der Teilnehmerstation empfangen wird. Die Teilnehmerstation passt dann antwortend ihre Sendeleistung invers an; je schwächer das empfangene Signal, desto stärker die Senderleistung der Teilnehmerstation. Bei Closed-Loop-Leistungssteuerungsmethoden überträgt der Zellstandort Leistungsregelungsbefehle an die Teilnehmerstation um die Senderleistung der Teilnehmerstation nominell um einen vorgegebenen Betrag zu erhöhen oder zu erniedrigen. Solch eine Leistungssteuerungsvorrichtung und solch ein -verfahren wird offenbart in U.S.-Patent Nr. 5,056,109, erteilt am 8. Oktober 1991 unter dem Titel „METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR MOBILE TELEPHONE SYSTEM", welches an den Rechteinhaber der vorliegenden Erfindung übertragen und hier als Referenz einbezogen ist.
In dem gerade erwähnten Patent wird die Kombination von Open- und Closed-Loop-Leistungssteuerung verwendet, um die Sendeleistung aller Mobilstationen 222, die sich in Kommunikation mit Makro-Basisstation 204 befinden, so anzupassen, dass sie auf dem im wesentlichen gleichen vorgegebenen Leistungspegel an der Makro-Basisstation 204 ankommt. Die gleiche Leistungssteuerungstechnik kann verwendet werden, um die Sendeleistung aller tragbaren Stationen 236, die mit der Mikro-Basisstation 202 kommunizieren, so zu steuern, dass sie auf dem im wesentlichen gleichen vorgegebenen Leistungspegel an der Mikro-Basisstation 202 ankommt. Dennoch, da tragbare Station 236 sich typischerweise nicht in Kommunikation mit Makro-Basistation 204 befinden wird, solange sie zufriedenstellende Kommunikationen mit Mikro-Basisstation 202 hat (um Zugriffsgebühren des Zellularsystems zu vermeiden), ist die Makro-Basisstation 204 nicht in der Lage, Closed-Loop-Leistungssteuerungsbefehle zu verwenden, um tragbare Station 236 anzuweisen, ihre Senderleistung „herunterzudrehen". Wie in 2 gezeigt, wird die empfangene Leistung von der Mikro-Basisstation 202 schwächer, wenn die tragbare Station 236 sich weiter von Mikro-Basisstation 202 wegbewegt. Als ein Ergebnis von sowohl Open- als auch Closed-Loop-Leistungssteuerung wird tragbare Station 236, die mit Mikrozelle 202 kommuniziert, genug Leistung senden, um von Mikrozelle 202 empfangen zu werden. Als eine Folge, würde tragbare Station 236, wenn sie sich weiter von Mikro-Basisstation 202 wegbewegt, fortfahren ihre Leistung zu erhöhen bis auf einen Pegel, der inakzeptable Interferenz auf Rückwärtsverbindungspfad 228 verursachen könnte.
In der vorliegenden Erfindung wird diese inakzeptable Interferenz dadurch vermieden, dass die Mikro-Basisstation 202 entweder die Kommunikation mit tragbarer Station 236 beendet oder einen Handoff der tragbaren Station 236 zu Makro-Basisstation 204 ausführt, wenn die Sendeleistung von tragbarer Station 236 eine vorgegebene Schwelle überschreitet. In einem ersten Ausführungsbeispiel bestimmt die Mikro-Basisstation 202 selbst, wann die Sendeleistung von tragbarer Station 236 zu hoch sein könnte.
In diesem ersten Ausführungsbeispiel, anwendbar sowohl auf 3 oder 4, wird das Rückwärtsverbindungssignal von tragbarer Station 236 von Antenne 206 empfangen und zu Empfänger 324 (3) oder Empfänger 403 (4) weitergereicht. Empfänger 324 oder 403 konvertiert das empfangene Rückwärtsverbindungssignal herunter wie zuvor diskutiert, und reicht es weiter zu Demodulator 326. Leistungssteuerungsbefehlgenerator 332 misst die mittlere Leistung des demodulierten Rückwärtsverbindungssignals von tragbarer Station 236, vergleicht diese mittlere Leistung mit einer gewünschten Schwelle und erzeugt entweder einen „Dreh-auf"- oder einen „Dreh-herunter"-Befehl zur Sendung an tragbare Station 236 durch Sender 314 (3) oder 414 (4) in der Art und Weise wie in dem oben zitierten U.S.-Patent Nr. 5,056,109 diskutiert.
Intuitiv wird die mittlere Rückwärtsverbindungssignalleistung, wie sie durch Leistungssteuerungsbefehlgenerator 332 gemessen wird, aufgrund von Pfadverlust tendenziell abnehmen, wenn tragbare Station 236 sich von Mikro-Basisstation entfernt. Als Antwort wird Leistungssteuerungsbefehlgenerator 332 eine Reihe von „Dreh-auf"-Befehlen zur tragbaren Station 236 senden. In diesem ersten Ausführungsbeispiel verfolgt Leistungssteuerungsbefehlgenerator 332, wie häufig es notwendig ist, einen „Dreh-auf"-Befehl zu tragbarer Station 236 zu senden. Wenn er mehr als eine vorgegebene Anzahl von „Dreh-auf"-Befehlen in einer Folge von Leistungssteuerungsbefehlen überträgt, was mit der Situation einhergeht, in der tragbare Station 236 auf einem relativ hohen Leistungspegel senden muss, um ein ausreichendes Rückwärtsverbindungssignal über Rückwärtsverbindungspfad 234 bereitzustellen, wird Mikro-Basisstation 202 entweder Kommunikation mit tragbarer Station 236 beenden oder einen Handoff der tragbaren Station 236 zu Makro-Basisstation 204 ausführen. Wenn die Mikro-Basisstation zum Beispiel K Leistungserhöhungsbefehle in einer Gruppe von N Leistungssteuerungsbefehlen gesendet hat, dann kann die Mikro-Basisstation feststellen, dass die persönliche Station den gewünschten Bereich überschritten hat.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Sendeleistung von tragbarer Station 236 auf einen vorgegebenen Maximalpegel begrenzt, wenn sie mit Mikro-Basisstation 202 kommuniziert. Dies kann durch einige vordefinierte Regeln in der Programmierung von tragbarer Station 236 erfüllt werden, so dass, wenn die tragbare Station die Mikro-Basisstation 202 verwendet, ihre Sendeleistung auf den vorgegebenen Maximalpegel begrenzt ist. Es ist zu bemerken, dass die tragbare Station 236 solche Begrenzung nicht durchführen würde, wenn sie mit der Makro-Basisstation 204 kommuniziert.
Diese Leistungsbegrenzung kann durch einen Fachmann sofort erfüllt werden, zum Beispiel durch Modifizierung der Lehren von dem oben zitierten U.S.-Patent Nr. 5,056,109, um für die tragbare Station 236 vorzusehen, „Dreh-auf"-Befehle zu ignorieren, sobald ihre Sendeleistung den vorgegebenen Maximalpegel überschritten hat, während sie mit Mikro-Basisstation 202 kommuniziert. Ein Schaltkreis, der dafür ausgelegt wurde, „Dreh-auf"-Befehle zu ignorieren, nachdem die Sendeleistung von tragbarer Station 236 eine vorgegebene Schwelle überschreitet, wird in U.S.-Patent Nr. 5,452,473 unter dem Titel „REVERSE LINK, TRANSMIT POWER CORRECTION AND LIMITATION IN A RADIOTELEPHONE SYSTEM", erteilt am 19. September 1995, welches an den Rechteinhaber der vorliegenden Erfindung übertragen und hierin durch Referenz einbezogen ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Mikro-Basisstation 202 in der Lage sein zu erkennen, dass sich die tragbare Station 236 am Rande der Zellenabdeckung befindet, indem sie bemerkt, dass die tragbare Station 236 eine Folge von „Dreh-auf"-Befehlen nicht befolgt hat. Die Mikro-Basisstation 202 kann dann den Anruf freigeben. Dennoch würde durch die tragbare Station 236 ein herkömmlicher Maximalleistungspegel verwendet, wenn sie mit Makro-Basisstation 204 kommuniziert.
Leistungsbegrenzung von tragbarer Station 236 kann auch erreicht werden durch einen Befehl von Mikro-Basisstation 202, der der tragbaren Station 236 anzeigt, ihre Sendeleistung auf einen Maximalpegel zu begrenzen. Mikro-Basisstation 202 kann diesen Maximalpegel durch Überwachung (mit Leistungsmesser 310 von 3 und 4) der Menge der von Makro-Basisstation 204 empfangenen Leistung bestimmen. Je höher die von Makro-Basisstation 204 empfangene Leistung, desto höher kann die erlaubte maximale Sendeleistung der tragbaren Station 236 sein, ohne anderen Mobilstationen, die in der Zelle der Makro-Basisstation 204 betrieben werden, übermäßige Interferenz zu verursachen.
Alternativ kann tragbare Station 236 Mikro-Basisstation 202 mit einer Signalisierungsnachricht, die anzeigt, dass sie ihre Leistungsbegrenzung oder eine Leistungsschwelle erreicht hat, signalisieren. Zusammen mit dieser Signalisierungsnachricht kann tragbare Station 236 die Pilotstärken von umliegenden Basisstationen anzeigen, wie es in der existierenden IS-95-Pilotstärkenmessungsnachricht getan und in größerer Ausführlichkeit im oben zitierten U.S.-Patent Nr. 5,101,501 beschrieben wird. Dies erlaubt Mikro-Basisstation 202 zu bestimmen, ob tragbare Station 236 an Makro-Basisstation 204 übergeben werden soll.
Die vorangehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele wird bereitgestellt, um jeden Fachmann in die Lage zu versetzen, die vorliegende Erfindung herzustellen oder zu verwenden. Die verschiedenen Modifikationen für diese Ausführungsbeispiele werden Fachleuten sofort offensichtlich sein, und die grundlegenden Prinzipien, die hier definiert sind, können auf andere Ausführungsbeispiele ohne weitere Erfindungsleistung angewendet werden. Die vorliegende Erfindung beabsichtigt nicht, auf die hier gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein, sondern muss mit dem breitesten Blickwinkel in Einklang gebracht werden, der mit den angehängten Ansprüchen einhergeht.

Claims

Ein Verfahren zum Betreiben einer Makro-Drahtlos-Basisstation (204) auf demselben Frequenzband wie eine Mikro-Drahtlos-Basisstation (202) in derselben Zelle eines zellularen Kommunikationssystems, wobei die Makro-Drahtlos-Basisstation (204) ein erstes Vorwärtsverbindungsdatensignal (224, 226) generiert und sendet und mit einer ersten Teilnehmerstation (222) kommuniziert, wobei die Mikro-Drahtlos-Basisstation (202) ein zweites Vorwärtsverbindungsdatensignal (230) generiert und mit einer zweiten Teilnehmerstation (236) kommuniziert, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Empfangen, an der Mikro-Drahtlos-Basisstation (202), eines ersten Vorwärtsverbindungsdatensignals (224, 226); b) Kombinieren an der Mikro-Drahtlos-Basistation (202) des empfangenen ersten Vorwärtsverbindungsdatensignals (224, 226) mit dem zweiten Vorwärtsverbindungsdatensignal (230), um ein kombiniertes Vorwärtsverbindungsdatensignal (230) zu bilden; und c) Senden des kombinierten Vorwärtsverbindungsdatensignals von der Mikro-Drahtlos-Basisstation (202), wobei die erste Teilnehmerstation (222) in der Lage ist, die Makro-Basisstations-Vorwärtsverbindungsdaten von dem kombinierten Vorwärtsverbindungsdatensignal (230), das von der Mikro-Basisstation (202) gesendet wird, zu empfangen und diversity- bzw. vielseitigkeitszukombinieren.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin den Schritt des Verzögerns des empfangenen ersten Vorwärtsverbindungsdatensignals (224, 226) um eine Verzögerungsperiode aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin den Schritt des Schattens zwischen dem Schritt des Empfangens des ersten Vorwärtsverbindungsdatensignals (224, 226) und dem Senden des kombinierten Vor wärtsverbindungsdatensignals (230) während einer Schaltperiode aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schaltschritt des Schaltens mit bzw. nach einem 50%-Arbeitszyklus ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Verzögerungsperiode größer ist als ein PN-Spreizchip von der Dauer her.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Schaltens nur bei Walsh-Funktionsgrenzen auftritt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Schaltperiode eine Zufallsdauer besitzt.
Verfahren nach Anspruch 3, das weiterhin folgende Schritte aufweist: a) Messen eines Leistungspegels des verzögerten empfangenen ersten Vorwärtsverbindungsdatensignals; und b) Anpassen des Leistungspegels des verzögerten empfangenen ersten Vorwärtsverbindungsdatensignals ansprechend auf den Messschritt.
Verfahren nach Anspruch 3, das weiterhin folgende Schritte aufweist: a) Senden von Leistungssteuerbefehlen zu der zweiten Teilnehmerstation (236), wobei jeder der Leistungssteuerbefehle einen Anstieg oder ein Sinken in der Sendeleistung anzeigt; und b) Beenden von Kommunikation mit der zweiten Teilnehmerstation (236), wenn die Mikro-Basisstation (202) eine vorbestimmte Anzahl von aufeinander folgenden Leistungssteuerbefehlen sendet, die einen Anstieg in der Sendeleistung anzeigen.
Verfahren nach Anspruch 3, das weiterhin folgende Schritte aufweist: a) Senden von Leistungssteuerbefehlen zu der zweiten Teilnehmerstation (236), wobei jeder der Leistungssteuerbefehle einen Anstieg oder ein Sinken der Sendeleistung anzeigt; und b) Ausführen einer Übergabe bzw. Handoff der zweiten Teilnehmerstation (236) zu der Makro-Basisstation (204), wenn die Mikro-Basisstation (202) eine vorbestimmte Anzahl von aufeinander folgenden Leistungssteuerungsbefehlen sendet, die einen Anstieg in der Sendeleistung anzeigen.
Verfahren nach Anspruch 3, das weiterhin den Schritt aufweist, dass die zweite Teilnehmerstation (236) die Sendeleistung auf einen vorbestimmten Maximalpegel begrenzt, wenn sie mit der Mikro-Basisstation (202) kommuniziert, wobei der vorbestimmte Maximalpegel kleiner ist als ein herkömmlicher Maximalpegel, der verwendet wird, wenn mit der Makro-Basisstation (204) kommuniziert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, das weiterhin den Schritt aufweist, dass die Mikro-Basisstation (202) der zweiten Teilnehmerstation (236) befiehlt, die Sendeleistung auf den vorbestimmten Maximalpegel zu begrenzen.
Verfahren nach Anspruch 11, das weiterhin den Schritt aufweist, dass die zweite Teilnehmerstation (236) eine Signalisierungsnachricht sendet, die anzeigt, dass die zweite Teilnehmerstation (236) mit dem vorbestimmten maximalen Pegel zu der Mikro-Basisstation (202) sendet.
Verfahren nach Anspruch 3, das weiterhin folgende Schritte aufweist: a) Demodulieren in der Mikro-Basisstation (202) des empfangenen ersten Vorwärtsverbindungsdatensignals; und b) Bestimmen einer Zeitreferenz von dem demodulierten empfangen ersten Vorwärtsverbindungsdatensignal.
Verfahren nach Anspruch 3, das weiterhin folgende Schritte aufweist: a) Demodulieren in der Mikro-Basisstation (202) des empfangenen ersten Vorwärtsverbindungsdatensignals; und b) Bestimmen einer Frequenzreferenz von dem demodulierten empfangenen ersten Vorwärtsverbindungsdatensignal.
Ein System zum Vorsehen von persönlichen Basisstationsoperationen innerhalb des Abdeckungsbereichs eines zellularen Drahtlos-Kommunikationssystems, wobei das System Folgendes aufweist: a) eine Makro-Drahtlos-Basisstation (204) zum Generieren und Senden eines ersten Vorwärtsverbindungsdatensignals (224, 226) auf einem vorbestimmten Frequenzband; und b) eine Mikro-Drahtlos-Basisstation in derselben Zelle eines zellularen Kommunikationssystems (202) zum Generieren eines zweiten Vorwärtsverbindungsdatensignals (230), wobei die Mikro-Drahtlos-Basisstation Folgendes aufweist: 1) einen Empfänger (324) zum Empfangen des ersten Vorwärtsverbindungsdatensignals (224, 226); 2) einen Kombinierer (214) zum Kombinieren des empfangenen ersten Vorwärtsverbindungsdatensignals mit dem zweiten Vorwärtsverbindungsdatensignal, um ein kombiniertes Vorwärtsverbindungsdatensignal zu bilden; und 3) einen Sender (314) zum Senden des kombinierten Vorwärtsverbindungsdatensignals auf dem vorbestimmten Frequenzband, wobei eine erste Teilnehmerstation (222), die sich in Kommunikation mit der Makro-Station (204) befindet, in der Lage ist, die Makro-Basisstations-Vorwärtsverbindungsdaten von dem kombinierten Vorwärtsverbindungsdatensignal (230), gesendet durch die Mikro-Basisstation (202), zu empfangen und diversity- bzw. vielseitigskeitzukombinieren.
System nach Anspruch 16, das weiterhin ein Verzögerungselement (304) aufweist zum Verzögern des empfangenen ersten Vorwärtsverbindungsdatensignals um eine Verzögerungsperiode.
System nach Anspruch 17, das weiter Schaltmittel (208) zum Schalten zwischen dem Empfänger (324) und dem Sender (314) aufweist, und zwar bei einer Schaltperiode bzw. mit einer Schaltperiode.
System nach Anspruch 18, wobei die Schaltmittel (208) zwischen dem Empfänger (324) und dem Sender (314) mit bzw. nach einem 50%-Arbeits- bzw. Lastzyklus umschalten.
System nach Anspruch 18, wobei die Verzögerungsperiode größer ist als ein PN-Spreizchip von der Dauer her.
System nach Anspruch 18, wobei die Schaltmittel (208) zwischen dem Empfänger (324) und dem Sender (314) schalten, und zwar nur an Walsh-Funktionsgrenzen.
System nach Anspruch 18, wobei die Schaltperiode eine zufällige Dauer besitzt.
System nach Anspruch 18, das weiterhin Folgendes aufweist: a) ein Leistungsmesselement (310) zum Messen eines Leistungspegels des empfangenen ersten Vorwärtsverbindungsdatensignals; und b) ein Verstärkungsanpasselement (312) zum Anpassen des Leistungspegels der empfangenen ersten Vorwärtsverbindungspegelmessung.
System nach Anspruch 18, das weiterhin einen Leistungsteuerbefehlsgenerator (332) aufweist zum Generieren von Leistungssteuerbefehlen, wobei jeder der Leistungssteuerbefehle einen Anstieg oder ein Absin ken der Sendeleistung anzeigt, und wobei die Mikro-Basisstation (202) Kommunikationen mit der zweiten Teilnehmerstation (236) beendet, wenn die Mikro-Basisstation (202) K Leistungssteuerbefehle sendet, die einen Anstieg in der Sendeleistung innerhalb einer Gruppe von N Leistungssteuerbefehlen anzeigt, wobei K eine vorbestimmte Anzahl von weniger als N ist.
System nach Anspruch 18, das weiterhin einen Leistungssteuerungsbefehlsgenerator (332) aufweist zum Generieren von Leistungssteuerbefehlen, wobei jeder der Leistungssteuerbefehle einen Anstieg oder ein Absinken der Sendeleistung anzeigt, und wobei die Mikro-Basisstation (202) eine Übergabe der zweiten Teilnehmerstation (236) zu der Makro-Basisstation (204) ausführt, wenn die Mikro-Basisstation (202) eine vorbestimmte Anzahl von aufeinander folgenden Leistungssteuerbefehlen, anzeigend für einen Anstieg in der Sendeleistung, sendet.
System nach Anspruch 18, wobei die zweite Teilnehmerstation (236) die Sendeleistung auf einen vorbestimmten Maximal-Pegel beschränkt, wenn sie mit der Mikro-Basisstation (202) kommuniziert, wobei der vorbestimmte Maximalpegel weniger als ein herkömmlicher Maximalpegel ist, der verwendet wird, wenn mit der Makro-Basisstation (204) kommuniziert wird.
System nach Anspruch 26, wobei die Mikro-Basisstation (202) der zweiten Teilnehmerstation (236) befiehlt, die Sendeleistung auf den vorbestimmten Maximalpegel zu begrenzen.
System nach Anspruch 26, wobei die zweite Teilnehmerstation (236) eine Signalisierungsnachricht sendet, anzeigend dafür, dass die zweite Teilnehmerstation (236) mit dem vorbestimmten Maximalpegel sendet, und zwar an die Mikro-Basisstation (202).
System nach Anspruch 18, das weiterhin Folgendes aufweist: a) einen Demodulator (326) zum Demodulieren des empfangenen ersten Vorwärtsverbindungsdatensignals; und b) Zeitreferenzbestimmungsmittel (330) zum Bestimmen einer Zeitreferenz von dem demodulierten, empfangenen, ersten Vorwärtsverbindungsdatensignal.
System nach Anspruch 18, das weiterhin Folgendes aufweist: a) einen Demodulator (326) zum Demodulieren des empfangenen Datensignals; und b) Frequenzreferenzbestimmungsmittel als Frequenzreferenz von dem demodulierten empfangenen Verbindungsdatensignal.
System nach Anspruch 18, wobei die Mikro-Basisstation (202) der zweiten Teilnehmerstation (236) befiehlt, eine Schwelle zu besitzen, die verwendet wird zum Detektieren, wann die Ausgabeleistung der Teilnehmerstation diese Schwelle überschreitet.
System nach Anspruch 31, wobei die zweite Teilnehmerstation (236) eine Signalisierungsnachricht sendet, die anzeigt, dass die zweite Teilnehmerstation (236) mit einem vorbestimmten Pegel sendet, und zwar an die Mikro-Basisstation (202).