EP0979587A2 - Verfahren und heimbasisstation zum verbindungsaufbau für eine mobilstation - Google Patents

Verfahren und heimbasisstation zum verbindungsaufbau für eine mobilstation

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Publication number
EP0979587A2
EP0979587A2 EP98931979A EP98931979A EP0979587A2 EP 0979587 A2 EP0979587 A2 EP 0979587A2 EP 98931979 A EP98931979 A EP 98931979A EP 98931979 A EP98931979 A EP 98931979A EP 0979587 A2 EP0979587 A2 EP 0979587A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
base station
home base
hbts
mobile
station
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98931979A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Helms
Franz Schreib
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0979587A2 publication Critical patent/EP0979587A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W48/00—Access restriction; Network selection; Access point selection
    • H04W48/20—Selecting an access point
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W56/00—Synchronisation arrangements
    • H04W56/0055—Synchronisation arrangements determining timing error of reception due to propagation delay
    • H04W56/0065—Synchronisation arrangements determining timing error of reception due to propagation delay using measurement of signal travel time
    • H04W56/007—Open loop measurement
    • H04W56/0075—Open loop measurement based on arrival time vs. expected arrival time
    • H04W56/0085—Open loop measurement based on arrival time vs. expected arrival time detecting a given structure in the signal
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/24—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
    • H04B7/26—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile
    • H04B7/2662—Arrangements for Wireless System Synchronisation
    • H04B7/2668—Arrangements for Wireless Code-Division Multiple Access [CDMA] System Synchronisation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/04—Large scale networks; Deep hierarchical networks
    • H04W84/042—Public Land Mobile systems, e.g. cellular systems
    • H04W84/045—Public Land Mobile systems, e.g. cellular systems using private Base Stations, e.g. femto Base Stations, home Node B
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W92/00—Interfaces specially adapted for wireless communication networks
    • H04W92/04—Interfaces between hierarchically different network devices
    • H04W92/10—Interfaces between hierarchically different network devices between terminal device and access point, i.e. wireless air interface

Definitions

  • the invention relates to a method and a home base station for establishing a connection for a mobile station of a mobile radio network, wherein the connection establishment can be initiated by the home base station or by the mobile station.
  • Radio communication systems are formed, for example, by mobile radio systems, wireless telephony systems or by radio stations for wireless subscriber connection (RITL radio in the local loop).
  • Mobile radio networks enable the establishment of communication connections to mobile subscribers, wireless telephony systems connect special mobile devices in the home area, while radio stations for wireless subscriber connections establish communication connections to stationary subscribers.
  • a network radio station is called a base station.
  • Time division multiplex The time division multiplex method is also called TDMA (Time Division Multiple Access) method. If subscriber signals of different connections are transmitted simultaneously, but in different frequency bands, then a frequency division multiplex system (FDMA - Frequency Division Multiple Access) is available.
  • TDMA Time Division Multiple Access
  • a well-known mobile radio network is, for example, the GSM (Global System for Mobile Communication) mobile radio network.
  • GSM Global System for Mobile Communication
  • other methods for separating the Participants are applied.
  • specific codes can also be used for each communication connection.
  • a base station is a remote unit, which is usually wired to other network components on the network side, and which is connected to the terminal or another radio station via the radio interface.
  • WO 95/02927 a method is known in which not only the subscriber number, telephone number and authentication code, but also settings of transceiver devices of a mobile station and a home base station are stored by means of SIM cards (Subscriber Identification Module).
  • SIM cards Subscriber Identification Module
  • the home base station is connected to a wired communication network.
  • Dual-mode end devices which are used to establish a connection to home base stations via a wireless connection according to DECT (Digital Enhanced Cordless Telephony) and in addition to establish a connection to base stations of the mobile radio network according to GSM standard are formed.
  • DECT Digital Enhanced Cordless Telephony
  • GSM Global System for Mobile Communications
  • the invention is based on the object of specifying a method for establishing a connection and a home base station, by means of which a flexible and secure connection setup between the mobile station and home base station is made possible with little economic outlay. This task is accomplished by the
  • the establishment of the connection can be initiated by the mobile station of a mobile radio network or the home base station.
  • mobile station-specific identifiers are introduced, which determine an assignment of a mobile station to a specific home base station.
  • the transmission from the mobile station to the home base station is referred to hereinafter as the upward direction and from the home base station to the mobile station as the downward direction.
  • the home base station is provided for supplying small cells in addition to radio cells supplied by base stations of the mobile radio network.
  • the mobile station when the connection is initiated by the mobile station, the mobile station is synchronized based on an evaluation of an organizational channel of the mobile radio network.
  • the mobile station In a frequency band of the home base station, the mobile station sends a message containing a mobile station-specific first identifier to it, which is received and evaluated by the home base station. If the first identifier matches a second identifier registered for the home base station, the connection is established.
  • the synchronization of the mobile station and the identification query initiate the connection establishment with little effort and sufficient accuracy.
  • the home base station can use the methods known from the mobile radio network to evaluate requests for establishing a connection.
  • the mobile station advantageously provides for switching between a first operating mode relating to the home base station and a second operating mode relating to the other base stations of the mobile radio network. Since the fee structure of the mobile radio network and the other network - for example a fixed network - to which the home base station is connected can differ, it is thus possible for the subscriber to decide on a specific network. Switching can be done manually using the keyboard functions of the mobile station or according to a stored priority list if the highest priority variant is not available.
  • a connection When a connection is set up initiated by the home base station, a free channel in a frequency band assigned to it is selected by the home base station, whereupon the home base station sends a message containing a mobile station-specific second identifier. This message is received and evaluated by the mobile station. If the second identifier matches a first identifier assigned to the mobile station, the connection is established.
  • the home base station can convert a number or a call sign within the network into the mobile station-specific second identifier for the subscriber. With little change effort, the MobilStation can also be called outside the mobile network and a connection can be set up with possibly lower fees.
  • the home base station is synchronized on the basis of the evaluation of an organizational channel of the mobile radio network.
  • This organization channel contains at least information on one of the following variables for tuning internal oscillators or control devices: time, frequency or subscriber code (in the case of CDMA).
  • the existing infrastructure of the mobile radio network can thus be used to coordinate the home base station. Methods of tuning the mobile stations can be adopted by the home base station.
  • a subscriber-related plug-in card which usually contains subscriber-related data in the mobile station, is used by briefly inserting it into a reading device of the home base station to charge the home base station with the second identifier, or is used via a signaling dialog between Mobile station and home base station set the first identifier of the mobile station and stored in it.
  • SIM card subscriber-related plug-in card
  • both devices can be offered as a set.
  • provision can also be made to reset the first identifier by inputs via the keyboard or by network-side signaling.
  • the validity of the entry of the identifiers is provided with an expiry date, so that after a predefinable time or in the event of a power failure, the Assignment is canceled. This period of validity can be offered by the home base station on the basis of various authorization criteria for different user groups (residents of an apartment - long -, business partners on a visit - short - or the like).
  • a home base station can also hold a number of second identifiers, the called mobile station being selected in the case of an incoming call on the network on the basis of one or more selection digits.
  • a home base station according to the invention can advantageously be developed in such a way that the transmission power of the mobile station is controlled with a device for setting the transmission power via the radio interface. Due to the transmission power control, which can be adapted to the individual reception conditions, lower transmission powers are set in the mobile station for the small cell compared to the mobile radio network and the interference for further communication connections is reduced.
  • an additional control channel for the mobile station of the small cell is provided by a transmitting / receiving device of the home base station.
  • This additional control channel allows transmission parameters to be additionally set in accordance with the transmission conditions on the radio interface between the mobile station and home base station.
  • 1 shows a schematic illustration of a mobile radio network and a further communication network
  • 2 shows the cell division of a mobile radio network with additional small cells from home base stations
  • FIG. 3 is a block diagram of a home base station
  • FIG. 4 shows a flowchart of a connection establishment starting from a mobile station
  • FIG. 5 shows a flowchart of a connection establishment starting from a home base station.
  • the mobile radio network according to FIG. 1 is, for example, a mobile radio network according to the GSM standard, see also J. Biala, "Mobile Radio and Intelligent Networks” Vieweg Verlag Wiesbaden / Braunschweig, 1995, and consists of at least one mobile switching center MSC, which is connected to further mobile switching centers MSC is networked or establishes the gateway to a fixed network PSTN.
  • GSM Global System for Mobile Communications
  • the mobile switching center MSC shown is connected to at least one base station controller BSC.
  • BSC base station controller
  • at least two base stations BTS and one home base station HBTS are connected to the base station controller.
  • Another HBTS home base station is over one
  • Interface unit IU connected to the mobile switching center MSC.
  • the mobile radio network also includes an operation and maintenance center OMC, which is connected to a mobile switching center MSC and is provided for monitoring the performance parameters of the mobile radio network and for maintenance and error control. It can also be provided that, for example, a base station system, independent operation and maintenance centers are provided for subcomponents of the mobile radio network.
  • OMC operation and maintenance center
  • 1 also shows a fixed network PSTN with switching devices VE networked with one another. Communication terminals KE and home base stations HBTS are connected to these switching devices VE via a subscriber line. The subscriber line is wired to the home base station HBTS, during which the connections between the subscriber line and the switching device VE are wired via an interface device IU, via optical fibers or wirelessly in the sense of RITL.
  • Communication connections are switched in the switching devices VE with space / time coupling devices.
  • Interfaces between the communication terminals KE or home base stations HBTS and the switching device VE are designed according to the ISDN (integrated services digital network) standard (SO interface) or analog (TAE).
  • ISDN integrated services digital network
  • TEE analog
  • a home base station HBTS supplies a small cell that has a significantly smaller expansion than a cell of base stations BTS.
  • the small cell is located inside a cell, whereby the radio coverage is on an apartment, a house or the like. limited.
  • a radio area is an area that can be served by one or more base stations BTS or home base stations HBTS and is consequently located within cells. In the case of coverage by several base stations BTS or home base stations HBTS, a radio area denotes the overlap area of cells and small cells.
  • FIG. 2 describes a geographical area in which cells ZI to Z3, Z7 with different radii are available within a mobile radio network. Furthermore, three small cells Z4 to Z6 are shown, which are supplied by HBTS home base stations.
  • the home base stations HBTS are either connected to interface devices IU of switching devices VE or to base station controllers BSC.
  • a mobile station MS is assigned to one or more home base stations HBTS in that a second identifier K2, which designates this mobile station MS, is available for these home base stations HBTS.
  • This second identifier K2 can be stored permanently in the home base stations HBTS or can be called up by other network components BSC, MSC, VE, OMC.
  • the radio interfaces are a GSM radio interface in the 900 MHz frequency band, a DCS radio interface in the 1800 MHz frequency band or a PCS radio interface in the 1900 MHz frequency band.
  • the radio interfaces between the home base stations HBTS and the mobile stations MS use the same frequency band.
  • a regional band e.g. a part of the E-GSM band, a time slot or a code set can be reserved for a CDMA transmission. Frequency planning is not required for this radio interface.
  • FIG. 3 The construction of a home base station HBTS is shown with reference to FIG. 3.
  • An antenna unit A is connected to a transceiver TRX via an antenna coupling unit K.
  • the transmission / reception device TRX prepares the transmission via the radio interface for a carrier, ie a frequency band.
  • a device for signal processing DSP connected to the transmitting / receiving device TRX which is designed as a digital signal processor, digital filtering, equalization, formatting of radio blocks, equalization and / or transmission are carried out for the receive signals rx and the transmit signals tx. Nesting of radio blocks, decryption or encryption, and other channel-oriented control functions performed.
  • the interface between the device for signal processing DSP and the wired ISDN network is implemented via a device for data rate conversion ED.
  • a data rate of the mobile radio network for example 13 Kbit / s of the speech encoder / decoder, is converted into a data rate of the wired connection, for example 64 Kbit / s PCM; if necessary, it is converted to an analog connection.
  • a B channel is evaluated or operated, i.e. the establishment of the connection, the maintenance of the connection and the disconnection are controlled.
  • the home base station HBTS contains a device SE for synchronizing the radio transmission and a device PC for setting the transmission power. These are implemented on a software-related basis in a digital signal processor and also control functions of the transmit / receive device TRX. Since the distance between the mobile station MS and the home base station HBTS is generally smaller than that to a base station BTS of the mobile radio network, the transmission powers of the mobile station MS and home base station HBTS can also be smaller, with a communication link between them. This is signaled to the mobile station MS by the home base station HBTS. This also has the advantage that the Energy consumption of the mobile station MS in a communication relationship via a home base station HBTS can be reduced.
  • the power setting for the up and down direction can be done independently.
  • the calculation and signaling of the values for the transmission power setting is carried out in accordance with J. Biala, “Mobile Communications and Intelligent Networks” Vieweg Verlag Wiesbaden / Braunschweig, 1995, p. 106.
  • J. Biala Mobile Communications and Intelligent Networks
  • the device SE for synchronization brings about the synchronization of the radio transmission of the home base station HBTS.
  • the signals rx of an organization channel KK of the mobile radio network received by the transmitting / receiving device are evaluated.
  • the synchronization is carried out in such a way that the frequency of the transmitted or received carrier is corrected and time deviations of the radio transmission of the home base station HBTS with respect to the transmission of the mobile radio network are corrected.
  • Details of synchronization e.g. on a frequency correction channel (FCCH frequency correction channel) and a synchronization channel (SCH synchronization channel) of the GSM mobile radio network can be found in J. Biala, "Mobile radio and intelligent networks" Vieweg Verlag Wiesbaden / Braunschweig, 1995, pp. 270-271 become.
  • a mobile station MS also carries out the transmission power setting and the synchronization.
  • the transmission power setting and the synchronization In addition to the well-known
  • Devices of a mobile station for example the mobile radio terminal S6 from Siemens AG, are provided for switching UM between a first operating mode pr1 relating to the home base station HBTS and a second operating mode pr2 relating to the other base stations BTS of the mobile radio network.
  • the currently preferred operating mode prl or pr2 which depends on the preferences of the subscriber or the current
  • the home base station HBTS searches in the band UL in the upward direction for the second identifier K2 and receives the message with the first identifier Kl.
  • the first and second identifiers are compared with one another and, if they match, the connection is established.
  • the home base station HBTS transmits in the downward direction and receives in the upward direction, correspondingly, the mobile station MS transmits in the upward direction and receives in the downward direction.
  • a continuous synchronization to the organization channel KK of the mobile radio network KN also takes place during the connection. If synchronization to the organizational channel KK of the mobile radio network KN is not possible or too imprecise, an additional control channel of the home base station HBTS is set up, which is used by the mobile station MS.
  • connection establishment If the connection establishment is unsuccessful, the transmission of the first identifier K 1 is repeated after a randomly determined period of time. If this remains unsuccessful over a longer period of time, the connection is terminated.
  • Fig. 5 shows a connection establishment initiated by the home base station HBTS.
  • the home base station HBTS receives a third identifier K3 (eg the ring tone) from the communication network to which it is connected, which triggers the establishment of the connection.
  • a conversion of the third identifier K3 into a second identifier K2 takes place in the home base station HBTS by means of signal processing means.
  • the second identifier K2 which is obtained from the third identifier K3 (several end devices) or is permanently stored, designates the called mobile station MS for a home base station and for the home base station HBTS as a subscriber line. is marked.
  • the home base station HBTS and the mobile station MS are in turn synchronized by evaluating the organizational channel KK of the mobile radio network KN.
  • the home base station HBTS searches for a free channel in the band UL in the upward direction. If a free channel is available, the home base station HBTS sends a message with the second identifier K2 in the corresponding channel in the band DL in the downward direction.
  • the mobile station MS searches in the band DL in the downward direction for the first identifier K 1 and receives the message with the second identifier K 2.
  • the first and second identifiers are compared with one another and, if they match, the connection is established as already described.

Landscapes

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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Erfindungsgemäss wird bei einem durch die Mobilstation eingeleiteten Verbindungsaufbau eine Synchronisation der Mobilstation basierend auf einer Auswertung eines Organisationskanals eines Mobilfunknetzes durchgeführt. Die Mobilstation sendet in einem Frequenzband einer Heimbasisstation an diese eine eine mobilstationsspezifische erste Kennung enthaltende Meldung, die von der Heimbasisstation empfangen und ausgewertet wird. Bei Übereinstimmung der ersten Kennung mit der einer für die Heimbasisstation registrierten zweiten Kennung erfolgt ein Verbindungsaufbau zwischen Mobilstation und Heimbasisstation.

Description

Beschreibung
Verfahren und Heimbasisstation zum Verbindungsaufbau für eine Mobilstation
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Heimbasisstation zum Verbindungsaufbau für eine Mobilstation eines Mobil- funknetzes, wobei der Verbindungsaufbau durch die Heimbasis- station oder durch die Mobilstation eingeleitet werden kann.
Funk-Kommunikationssysteme werden beispielsweise durch Mobilfunksysteme, Drahtlos-Telefoniesysteme oder durch Funkstationen zum drahtlosen Teilnehmeranschluß (RITL radio in the local loop) gebildet. Mobilfunknetze ermöglichen den Aufbau von Kommunikationsverbindungen zu mobilen Teilnehmern, Drahtlos-Telefoniesysteme verbinden spezielle mobile Endgeräte im Heimbereich, währenddessen Funkstationen zum drahtlosen Teilnehmeranschluß Kommunikationsverbindungen zu stationären Teilnehmern aufbauen. Eine netzseitige Funkstation wird als Basisstation bezeichnet.
Kommunikationsverbindungen werden aufgebaut und unterhalten, indem Signalisierungs- und Nutzinformationen über eine Funkschnittstelle übertragen werden. Sind mehrere Teilnehmer auf der gleichen Trägerfrequenz dieser Funkschnittstelle durch unterschiedliche Zeitlagen getrennt, liegt ein Zeitmultiplex- system vor. Das Zeitmultiplexverfahren wird auch TDMA (Time Division Multiple Access) -Verfahren genannt. Werden Teilnehmersignale verschiedener Verbindungen gleichzeitig, aber in unterschiedlichen Frequenzbändern übertragen, so liegt ein Frequenzmultiplexsystem (FDMA - Frequency Division Multiple Acces) vor.
Ein bekanntes Mobilfunknetz ist beispielsweise das GSM (Glo- bal System for Mobile Communication) -Mobilfunknetz . Zusätzlich zum Zeitmultiplex und Frequenzmultiplex können auf der Funkschnittstelle auch weitere Verfahren zum Separieren der Teilnehmer angewandt werden. Alternativ oder zusätzlich zu den genannten Verfahren zur Teilnehmerseparierung können auch für jede Kommunikationsverbindung spezifische Codes eingesetzt werden.
Eine Basisstation ist eine abgesetzte Einheit, die netzseitig üblicherweise drahtgebunden mit anderen Netzkomponenten verbunden ist, und die über die Funkschnittstelle mit dem Endgerät bzw. einer anderen Funkstation verbunden ist.
Aus WO 95/02927 ist ein Verfahren bekannt, bei dem mittels SIM-Karten (Subscriber Identification Module) nicht nur Teilnehmernummer, Telefonnummer und Authentifikationscode, sondern auch Einstellungen von Sende/Empfangseinrichtungen einer Mobilstation und einer Heimbasisstation gespeichert sind. Die Heimbasisstation ist dabei an ein drahtgebundes Kommunikationsnetz angeschlossen.
Durch die Einstellung von Frequenzband und Sendeleistung kann zwischen der Mobilstation und der Heimbasistation eine drahtlose Kommunikationsverbindung aufgebaut werden, ohne daß das umgebende Mobilfunknetz stark gestört wird. Die Abstimmung auf ein bestimmtes Frequenzband und die Synchronisation werden jedoch nur auf die gespeicherten Einstellungen bezogen. Die Flexibilität und Genauigkeit der Kommunikationsverbindung zwischen Mobilstation und Heimbasisstation ist dadurch eingeschränkt .
Eine weitere Möglichkeit zur parallelen Nutzung von Heim- basisstationen und Basisstationen eines Mobilfunknetzes sind sogenannte Dual-Mode-Endgeräte, die zum Verbindungsaufbau zu Heimbasisstationen über eine drahtlose Verbindung nach dem DECT (Digital Enhanced Cordless Telephony) und zusätzlich zum Verbindungsaufbau zu Basisstationen des Mobilfunknetzes nach dem GSM-Standard ausgebildet sind. Eine gegenseitige Beeinflussung der unterschiedlichen Funkschnittstellen ist gering, da verschiedene Frequenzbänder genutzt werden. In den Mobil- Stationen entsteht jedoch durch die Bereitstellung der Funkübertragung und Signalverarbeitung entsprechend beider Standards ein erhöhter Aufwand, der zu wenig wirtschaftlichen Lösungen führt .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbindungsaufbau und eine Heimbasisstation anzugeben, durch die bei geringem wirtschaftlichen Aufwand ein flexibler und sicherer Verbindungsaufbau zwischen Mobilstation und Heim- basisstation ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird durch die
Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 oder 3 und durch die Heimbasisstation mit den Merkmalen des Patentanspruches 6 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der Verbindungsaufbau kann von der Mobilstation eines Mobil- funknetzes oder der Heimbasisstation eingeleitet werden. Dazu werden mobilstationsspezifische Kennungen eingeführt, die eine Zuordnung einer Mobilstation zu einer bestimmten Heimba- sistation festlegen. Die Übertragung von der Mobilstation zur Heimbasisstation wird im weiteren als Aufwärtsrichtung und von der Heimbasisstation zur Mobilstation als Abwärtsrichtung bezeichnet. Die Heimbasisstation ist zur Versorgung von Kleinzellen zusätzlich zu durch Basisstationen des Mobilfunk- netzes versorgten Funkzellen vorgesehen.
Erfindungsgemäß wird bei einem durch die Mobilstation eingeleiteten Verbindungsaufbau eine Synchronisation der Mobilstation basierend auf einer Auswertung eines Organisationskanals des Mobilfunknetzes durchgeführt. Die Mobilstation sendet in einem Frequenzband der Heimbasisstation an diese eine eine mobilstationsspezifische erste Kennung enthaltende Meldung, die von der Heimbasisstation empfangen und ausgewertet wird. Bei Übereinstimmung der ersten Kennung mit einer für die Heimbasisstation registrierten zweiten Kennnung erfolgt der Verbindungsaufbau . Durch die Synchronisation der Mobilstation und die Kennungs- abfrage wird mit geringem Aufwand und ausreichender Genauigkeit der Verbindungsaufbau eingeleitet . Die Auswertung von Anfragen zum Verbindungsaufbau kann durch die Heimbasis- Station nach aus dem Mobilfunknetz bekannten Methoden erfolgen.
Durch die Verwendung des Organsisationskanals der Mobilfunknetzes wird für diese Zwecke kein eigener Kanal der Heimba- sisstation benötigt. Desweiteren werden die Herstellkosten der Heimbasisstation verringert, da geringere Anforderungen an ein internes Zeit- und Frequenznormal gestellt werden.
Vorteilhafterweise ist durch die Mobilstation ein Umschalten zwischen einer die Heimbasisstation betreffenden ersten Betriebsart und einer die übrigen Basisstationen des Mobil- funknetzes betreffenden zweiten Betriebsart vorgesehen. Da sich die Gebührenstruktur von Mobilfunknetz und dem weiteren Netz - beispielsweise ein Festnetz -, an dem die Heimbasis- Station angeschlossen ist, unterscheiden kann, ist es damit dem Teilnehmer möglich, sich für einen bestimmtes Netz zu entscheiden. Das Umschalten kann manuell über Tastaturfunktionen der Mobilstation oder entsprechend einer gespeicherten Prioritätenliste bei Nichtverfügbarsein der am höchsten prio- risierten Variante erfolgen.
Bei einem durch die Heimbasisstation eingeleiteten Verbindungsaufbau wird erfindungsgemäß durch die Heimbasisstation ein freier Kanal in einem ihr zugewiesenen Frequenzband auswählt, worauf die Heimbasisstation eine eine mobilstationsspezifische zweite Kennung enthaltende Meldung sendet. Diese Meldung wird von der Mobilstation empfangen und ausgewertet . Bei Übereinstimmung der zweiten Kennung mit einer der Mobilstation zugeordneten ersten Kennnung erfolgt der Ver- bindungsaufbau . Die Heimbasisstation kann für den Teilnehmer eine Umwandlung einer Rufnummer oder eines Rufzeichens innerhalb des Netzes in die mobilstationsspezifische zweite Kennung vornehmen. So ist mit wenig Änderungsaufwand die MobilStation auch außer- halb des Mobilfunknetzes rufbar und ein Verbindungsaufbau mit ggf. geringeren Gebühren möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt .die Synchronisation der Heimbasisstation basierend auf der Auswertung eines Organisationskanals des Mobilfunknetzes. Dieser Organisationskanal enthält zumindest Informationen über eine der folgenden Größen zur Abstimmungen von internen Oszillatoren bzw. Steuereinrichtungen: Zeit, Frequenz oder Teilnehmerkode (bei CDMA) . Somit kann die bestehende Infrastruktur des Mo- bilfunknetzes zum Abstimmen der Heimbasisstation benutzt werden. Methoden des Abstimmens der Mobilstationen können dabei von der Heimbasisstation übernommen werden.
Nach vorteilhaften Ausprägungen der Erfindung wird eine teil- nehmerbezogene Steckkarte (SIM-Karte) , die üblicherweise in der Mobilstation teilnehmerbezogene Daten bereithält, durch kurzzeitiges Einstecken in eine Leseeinrichtung der Heimbasisstation zum Laden der Heimbasisstation mit der zweiten Kennung verwendet bzw. wird über einen Signalisierungsdialog zwischen Mobilstation und Heimbasisstation die erste Kennung der Mobilstation festgelegt und in dieser gespeichert. Damit kann die Zuordnung zwischen Mobilstation und Heimbasisstation flexibilisiert werden.
Werden die erste und zweite Kennung fest einprogrammiert, können beide Geräte als Set angeboten werden. Es kann insbesondere bei der Mobilstation auch vorgesehen sein, die erste Kennung durch Eingaben über die Tastatur oder durch eine netzseitige Signalisierung neu einzustellen. Vorteil- hafterweise ist die Gültigkeit der Eintragung der Kennungen mit einem Verfallsdatum versehen, so daß nach einer vorgebbaren Zeit oder bei einem Ausfall der Betriebsspannung die Zuordnung aufgehoben ist . Diese Gültigkeitsdauer kann von der Heimbasisstation anhand verschiedener Berechtigungskriterien für unterschiedliche Nutzergruppen (Bewohner einer Wohnung - lang -, Geschäftspartner auf Besuch - kurz - o.a.) angeboten werde .
Eine Heimbasisstation kann auch mehrere zweite Kennungen vorhalten, wobei bei einem netzseitig eingehenden Ruf anhand von einer oder mehreren Auswahlziffern die gerufene Mobilstation ausgewählt wird.
Eine erfindungemäße Heimbasisstation kann vorteilhafterweise derart weiterentwickelt werden, daß mit einer Einrichtung zur Sendeleistungseinstellung über die Funkschnittstelle die Sen- deleistung der Mobilstation gesteuert wird. Durch die Sendeleistungssteuerung, die den individuellen Empfangsbedingungen angepaßt werden kann, werden bei der Mobilstation für die Kleinzelle im Vergleich zum Mobilfunknetz geringere Sendeleistungen eingestellt und die Interferenzen für weitere Kom- munikationsverbindungen verringert.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß durch eine Sende/Empfangseinrichtung der Heimbasisstation ein zusätzlicher Kontrollkanal für die Mobilstation der Kleinzelle bereitge- stellt wird. Durch diesen zusätzlichen Kontrollkanal können entsprechend der Übertragungsbedingungen auf der Funkschnittstelle zwischen Mobilstation und Heimbasisstation Übertragungsparameter zusätzlich eingestellt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausfuhrungsbei- spiels bezugnehmend auf zeichnerische Darstellungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. l eine schematische Darstellung eines Mobilfunknetzes und eines weiteren Kommunikationsnetzes, Fig. 2 die Zellaufteilung eines Mobilfunknetzes mit zusätzlichen Kleinzellen von Heimbasisstationen,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Heimbasisstation,
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines Verbindungsaufbaus ausgehend von einer Mobilstation, und
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Verbindungsaufbaus ausgehend von einer Heimbasisstation.
Das Mobilfunknetz nach FIG 1 ist beispielsweise ein Mobil- funknetz nach dem GSM-Standard, siehe dazu auch J. Biala, „Mobilfunk und intelligente Netze" Vieweg Verlag Wiesbaden/ Braunschweig, 1995, und besteht aus zumindest einer Mobilvermittlungsstelle MSC, die mit weiteren Mobilvermittlungsstellen MSC vernetzt ist bzw. den Netzübergang zu einem Festnetz PSTN herstellt.
Weiterhin ist die dargestellte Mobilvermittlungsstelle MSC zumindest mit einem Basisstationscontroller BSC verbunden. Nach FIG 1 sind mit dem Basisstationscontroller zumindest zwei Basisstationen BTS und eine Heimbasisstation HBTS ver- bunden. Eine weitere Heimbasisstation HBTS ist über eine
Schnittstelleneinheit IU an die Mobilvermittlungsstelle MSC angeschlossen .
Dem Mobilfunknetz ist weiterhin ein Operations- und Wartungs- Zentrum OMC zugehörig, das mit einer Mobilvermittlungsstelle MSC verbunden ist und zur Überwachung der Leistungsparameter des Mobilfunknetzes sowie zur Wartung und Fehlerkontrolle vorgesehen ist. Es kann ebenso vorgesehen sein, daß für Teilkomponenten des Mobilfunknetzes beispielsweise ein Basis- Stationssystem eigenständige Operations- und Wartungszentren bereitgestellt werden. Fig. 1 zeigt ebenso ein Festnetz PSTN mit untereinander vernetzten Vermittlungseinrichtungen VE. An diese Vermittlungseinrichtungen VE sind Kommunikationsendgeräte KE und Heimbasisstationen HBTS über einen Teilnehmeranschluß angeschlos- sen. Der Teilnehmeranschluß ist mit der Heimbasisstation HBTS drahtgebunden verbunden, währenddessen die Verbindungen zwischen Teilnehmeranschluß und Vermittlungseinrichtung VE drahtgebunden über eine Schnittstelleneinrichtung IU, über Lichtwellenleiter oder drahtlos im Sinne von RITL hergestellt werden.
Kommunikationsverbindungen werden in den Vermittlungseinrichtungen VE mit Raum/Zeit-Koppeleinrichtungen vermittelt. Schnittstellen zwischen den Kommunikationsendgeräten KE bzw. Heimbasisstationen HBTS und der Vermittlungseinrichtung VE sind gemäß dem ISDN (integrated Services digital network) Standard (SO Schnittstelle) oder analog (TAE) ausgebildet.
Zwischen einer Basisstation BTS bzw. einer Heimbasisstation HBTS und Mobilstationen MS bestehen Funkschnittstellen über die Teilnehmersignale von bzw. zu den Mobilstationen MS übertragen werden.
In nachstehender Beschreibung werden die Begriffe Zelle und Funkbereich wie folgt verwendet:
Eine Heimbasisstation HBTS versorgt eine Kleinzelle, die eine deutlich geringere Ausdehnung als eine Zelle von Basisstationen BTS hat . Die Kleinzelle befindet sich innerhalb einer Zelle, wobei sich die Funkversorung auf eine Wohnung, ein Haus o.a. beschränkt.
Ein Funkbereich ist ein Gebiet, das durch eine oder mehrere Basisstationen BTS bzw. Heimbasisstationen HBTS versorgt werden kann und sich folglich innerhalb von Zellen befindet. Bei einer Versorgung durch mehrere Basisstationen BTS bzw. Heimbasisstationen HBTS bezeichnet ein Funkbereich das Überlappungsgebiet von Zellen und Kleinzellen. Die Fig. 2 beschreibt ein geografisches Gebiet, in dem Zellen ZI bis Z3 , Z7 mit unterschiedlichen Radien innerhalb eines Mobilfunknetzes verfügbar sind. Weiterhin sind drei Kleinzellen Z4 bis Z6 gezeigt, die durch Heimbasisstationen HBTS versorgt werden. Die Heimbasisstationen HBTS sind entweder an Schnittstelleneinrichtungen IU von Vermittlungseinrichtungen VE oder an Basisstationscontroller BSC angeschlossen. Eine Mobilstation MS ist einer oder mehreren Heimbasisstationen HBTS zugeordnet, indem für diese Heimbasisstationen HBTS eine zweite Kennung K2 verfügbar ist, die diese Mobilstation MS bezeichnet . Diese zweite Kennung K2 kann ständig in den Heimbasisstationen HBTS gespeichert sein oder von anderen Netz- komponenten BSC, MSC, VE, OMC abgerufen werden.
Die Funkschnittstellen sind im Ausführungsbeispiel eine GSM- Funkschnittstelle im 900 MHz Frequenzband, eine DCS-Funk- schnittstelle im 1800 MHz Frequenzband oder eine PCS-Funk- schnittstelle im 1900 MHz Frequenzband. Das gleiche Frequenzband nutzen die Funkschnittstellen zwischen den Heimbasis- Stationen HBTS und den Mobilstationen MS. Für die Funk- schnittstelle zwischen Heimbasisstation HBTS und Mobilstation MS kann auch regional ein Frequenzband, z.B. ein Teil des E- GSM Bandes, ein Zeitschitz oder eine Kodesatz bei einer CDMA Übertragung reserviert sein. Für diese Funkschnittstelle ist keine Frequenzplanung notwendig.
Der Aufbau einer Heimbasisstation HBTS wird anhand von Fig. 3 gezeigt .
Eine Antenneneinheit A ist mit einer Sende/Empfangseinrichtung TRX über eine Antennenkopplungseinheit K verbunden. In der Sende/Empfangseinrichtung TRX werden für Empfangs- rx bzw. Sendesignale tx Funktionen der Vor- bzw. Leistungsver- stärkung, der Abwärts- bzw. Aufwärtsmischung zwischen dem Frequenzband der hochfrequenten Funkübertragung und dem
Basisband, der Demodulation und Modulation, der Filterung, der Analog/Digital- bzw. Digital/Analog-Wandlung realisiert. Durch die Sende/Empfangseinrichtung TRX wird für einen Träger, d.h. ein Frequenzband, die Übertragung über die Funkschnittstelle vorbereitet.
In einer mit der Sende/Empfangseinrichtung TRX verbundenen Einrichtung zur Signalverarbeitung DSP, die als digitaler Signalprozessor ausgebildet ist, werden für die Empfangs- Signale rx bzw. die Sendesignale tx eine digitale Filterung, eine Entzerrung, eine Formatierung von Funkblöcken, eine Ent- bzw. Verschachtelung von Funkblöcken, eine Dechiffrierung bzw. Chiffrierung, und weitere kanalorientierte Kontrollfunktionen durchgeführt .
Die Schnittstelle zwischen der Einrichtung zur Signalver- arbeitung DSP und dem drahtgebunden ISDN-Netz wird über eine Einrichtung zur Datenratenkonvertierung ED realisiert. In dieser Einrichtung zur Datenratenkonvertierung ED wird eine Datenrate des Mobilfunknetzes, beispielsweise 13 Kbit/s des Sprachkodierers/dekodierers, in eine Datenrate der drahtge- bundenen Verbindung, beispielsweise 64 Kbit/s PCM, umgesetzt; ggf. erfolgt eine Umsetzung auf eine analogen Anschluß. Bei einer ISDN-Verbindung wird ein B-Kanal ausgewertet bzw. bedient, d.h. der Verbindungsaufbau, die Verbindungsaufrecht- erhaltung und der Verbindungsabbau gesteuert .
Weiterhin enthält die Heimbasisstation HBTS eine Einrichtung SE zum Synchronisieren der Funkübertragung und eine Einrichtung PC zur Sendeleistungseinstellung. Diese sind softwarebezogen in einem digitalen Signalprozessor realisiert und steu- ern ebenso Funktionen der Sende/Empfangseinrichtung TRX. Da die Distanz zwischen Mobilstation MS und Heimbasisstation HBTS in der Regel kleiner ist als die zu einer Basisstation BTS des Mobilfunknetzes können auch die Sendeleistungen von Mobilstation MS und Heimbasisstation HBTS kleiner sein, bei einer Kommunikationsverbindung zwischen ihnen. Der Mobil- Station MS wird dieses von der Heimbasisstation HBTS signalisiert. Dadurch ergibt sich auch der Vorteil, daß der Energieverbrauch der Mobilstation MS bei einer Kommunikationsbeziehung über eine Heimbasisstation HBTS verringert werden kann.
Die Leistungseinstellung für die Aufwärts- und die Abwärtsrichtung kann unabhängig voneinander erfolgen. Die Berechnung und Signalisierung der Werte zur Sendeleistungseinstellung erfolgt entsprechend J. Biala, „Mobilfunk und intelligente Netze" Vieweg Verlag Wiesbaden/ Braunschweig, 1995, S. 106. Es ist jedoch auch vereinfacht möglich, einen Standardwert für die Sendeleistung im Falle einer Kommunikationsverbindung mit einer Heimbasisstation HBTS vorzusehen.
Die Einrichtung SE zum Synchronisieren bewirkt die Synchroni- sation der Funkübertragung der Heimbasisstation HBTS . Dazu werden die von der Sende/Empfangseinrichtung empfangenen Signale rx eines Organisationskanals KK des Mobilfunknetzes ausgewertet. Die Synchronisation wird dahingehend ausgeführt, daß die Frequenz des gesendeten bzw. empfangenen Trägers korrigiert wird und zeitliche Abweichungen der Funkübertragung der Heimbasisstation HBTS bezüglich der Übertragung des Mobilfunknetzes korrigiert werden. Einzelheiten der Synchronisation, z.B. auf einen Frequenzkorrekturkanal (FCCH fre- quency correction Channel) und einen Synchronisationskanal (SCH Synchronisation Channel) des GSM-Mobilfunknetzes, können J. Biala, „Mobilfunk und intelligente Netze" Vieweg Verlag Wiesbaden/ Braunschweig, 1995, S. 270-271, entnommen werden.
Eine Mobilstation MS führt ebenso die Sendeleistungsein- Stellung und die Synchronisation durch. Neben den bekannten
Einrichtungen einer Mobilstation, beispielsweise dem Mobil- funkendgerät S6 der Siemens AG, sind Mittel zum Umschalten UM zwischen einer die Heimbasisstation HBTS betreffenden ersten Betriebsart prl und einer die übrigen Basisstationen BTS des Mobilfunknetzes betreffenden zweiten Betriebsart pr2 vorgesehen. Die aktuell bevorzugten Betriebsart prl oder pr2, die von den Preferenzen des Teilnehmers oder den aktuellen Über-
Kanal im Band UL in Aufwärtsrichtung eine Meldung mit der ersten Kennung Kl. Damit kann bei der Nutzung des GSM-Standards auf ein Aussenden eines RACHs verzichtet werden und die erste Kennung in Form eines Normal-Funkblocks ausgesendet werden.
Die Heimbasisstation HBTS sucht im Band UL in Aufwärtsrichtung nach der zweiten Kennung K2 und empfängt die Meldung mit der ersten Kennung Kl . Die erste und zweite Kennung werden miteinander verglichen und bei Übereinstimmung erfolgt der Verbindungsaufbau. Die Heimbasisstation HBTS sendet in Abwärtsrichtung und empfängt in Aufwärtsrichtung, korrespondierend dazu sendet die Mobilstation MS in Aufwärtsrichtung und empfängt in Abwärtsrichtung. Auch während der Verbindung erfolgt eine fortlaufende Synchronisation auf den Organisa- tionskanal KK des Mobilfunknetzes KN. Ist die Synchronisation auf den Organisationskanal KK des Mobilfunknetzes KN nicht möglich oder zu ungenau, so wird ein zusätzlicher Kontrollkanal der Heimbasisstation HBTS aufgebaut, der von der Mobil- Station MS genutzt wird.
Ist der Verbindungsaufbau nicht erfolgreich, wird das Aussenden der ersten Kennung Kl nach einer zufallsbestimmten Zeitspanne wiederholt. Bleibt dies über einen längeren Zeitraum ohne Erfolg, so erfolgt ein Abbruch des Verbindungs- aufbaus.
Fig. 5 zeigt einen durch die Heimbasisstation HBTS eingeleiteten Verbindungsaufbau. Die Heimbasisstation HBTS empfängt aus dem Kommunikationsnetz, an das sie angeschlossen ist, eine dritte Kennung K3 (z.B. den Klingelton), die den Verbindungsaufbau anstößt. Es findet in der Heimbasisstation HBTS durch Signalverarbeitungsmittel eine Umwandlung der dritten Kennung K3 in eine zweite Kennung K2 statt . Die zweite Kennung K2 , die aus der dritten Kennung K3 gewonnen wird (mehrere Endgeräte) oder fest gespeichert ist, bezeichnet für eine Heimbasisstation die gerufene Mobilstation MS, für die Heimbasisstation HBTS als Teilnehmeranschluß regi- striert ist. Die Heimbasisstation HBTS und die Mobilstation MS sind wiederum unter Auswertung des Organisationskanals KK des Mobilfunknetzes KN synchronisiert.
Die Heimbasisstation HBTS sucht nach einem freien Kanal im Band UL in Aufwärtsrichtung. Ist ein freier Kanal verfügbar, so sendet die Heimbasisstation HBTS im korrespondierenden Kanal im Band DL in Abwärtsrichtung eine Meldung mit der zweiten Kennung K2. Die Mobilstation MS sucht im Band DL in Abwärtsrichtung nach der ersten Kennung Kl und empfängt die Meldung mit der zweiten Kennung K2. Die erste und zweite Kennung werden miteinander verglichen und bei Übereinstimmung erfolgt wie bereits beschrieben der Verbindungsaufbau.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Verbindungsaufbau für eine Mobilstation (MS) eines Mobilfunknetzes (KN) , wobei - zusätzlich zu Basisstationen (BTS) des Mobilfunknetzes (KN) zumindest eine Heimbasisstation (HBTS) zur Versorgung von Kleinzellen (Z4, Z5, Z6) vorgesehen ist, und
- die Übertragung von der Mobilstation (MS) zur Heimbasisstation (HBTS) als Aufwärtsrichtung und von der Heimbasis- Station (HBTS) zur Mobilstation (MS) als Abwärtsrichtung bezeichnet wird, bei dem für einen Verbindungsaufbau:
- sich die Mobilstation (MS) basierend auf der Auswertung eines Organisationskanals (KK) des Mobilfunknetzes (KN) synchronisiert,
- die Mobilstation (MS) in einem Frequenzband der Heimbasisstation (HBTS) an diese eine eine mobilstationsspezifische erste Kennung (Kl) enthaltende Meldung in Aufwärtsrichtung sendet, - diese Meldung von der Heimbasisstation (HBTS) empfangen und ausgewertet wird, und
- bei Übereinstimmung der ersten Kennung (Kl) mit einer für die Heimbasisstation (HBTS) registrierten zweiten Kennnung (K2) der Verbindungsaufbau erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch l , bei dem durch die Mobilstation (MS) ein Umschalten zwischen einer die Heimbasisstation (HBTS) betreffenden ersten Betriebsart (prl) und einer die Basisstationen (BTS) des Mobil- funknetzes (KN) betreffenden zweiten Betriebsart (pr2) vorgesehen ist.
3. Verfahren zum Verbindungsaufbau für eine Mobilstation (MS) eines Mobilfunknetzes (KN) , wobei - zusätzlich zu Basisstationen (BTS) des Mobilfunknetzes (KN) zumindest eine Heimbasisstation (HBTS) zur Versorgung von Kleinzellen (Z4, Z5, Z6) vorgesehen ist, und - die Übertragung von der Mobilstation (MS) zur Heimbasisstation (HBTS) als Aufwärtsrichtung und von der Heimbasisstation (HBTS) zu einer Mobilstation (MS) als Abwärtsrichtung bezeichnet wird, bei dem für einen Verbindungsaufbau :
- die Heimbasisstation (HBTS) einen freien Kanal auswählt,
- die Heimbasisstation (HBTS) eine eine mobilstationsspezi- fische zweite Kennung (K2) enthaltende Meldung in Abwärtsrichtung sendet, - diese Meldung von der Mobilstation (MS) empfangen und ausgewertet wird,
- bei Übereinstimmung der zweiten Kennung (K2) mit einer der Mobilstation (MS) zugeordneten ersten Kennnung (Kl) der Verbindungsaufbau erfolgt .
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem sich die Heimbasisstation (HBTS) basierend auf der Auswertung eines Organisationskanals (KK) des Mobilfunknetzes (KN) synchronisiert .
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 , bei dem die Heimbasisstation (HBTS) aus dem Kommunikationsnetz eine dritte Kennung (K3) empfängt und daraus die zweite Kennung (K2) ableitet.
6. Heimbasisstation (HBTS), die an einen Teilnehmeranschluß eines Kommunikationsnetzes angeschlossen ist,
- mit einer Sende/Empfangseinrichtung (TRX) für einen Träger zum Senden und Empfangen von hochfrequenten Signalen über eine Funkschnittstelle zu einer Mobilstation (MS) gemäß eines digitalen Mobilfunkstandards,
- mit einer Einrichtung zur Signalverarbeitung (DSP) ,
- mit einer Einrichtung zur Datenratenkonvertierung (ED) zwischen einer Datenrate des Mobilfunkstandards und einer Da- tenrate des Kommunikationsnetzes, und - mit einer Einrichtung (SE) zum Synchronisieren einer Funkübertragung durch Auswertung eines Organisationskanals (KK) eines Mobilfunknetzes (KN) .
7. Heimbasisstation (HBTS) nach Anspruch 6,
- mit einer Einrichtung zur Sendeleistungseinstellung (PC) .
8. Heimbasisstation (HBTS) nach Anspruch 7, bei der die Einrichtung zur Sendeleistungseinstellung (PC) über die Funkschnittstelle ebenso die Sendeleistung der Mobilstation (MS) steuert.
9. Heimbasisstation (HBTS) nach Anspruch 6, 7 oder 8, bei der durch die Sende/Empfangseinrichtung (TRX) ein zu- sätzlicher Kontrollkanal bereitgestellt wird.
10. Heimbasisstation (HBTS) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei der die zweite Kennung (K2) aus einer Steckkarte der Mobilstation (MS) ausgelesen und gespeichert wird.
11. Heimbasisstation (HBTS) nach einem der Ansprüche 6 bis
10, bei der die zweite Kennung (K2) mit einem Gültigkeitsvermerk versehen ist.
12. Heimbasisstation (HBTS) nach einem der Ansprüche 6 bis
11, bei der die Auswahl des freien Kanals in einem ihr zugewiesenen Frequenzband erfolgt .
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