EP1645054A1 - Method for synchronizing a radio communication system that is divided up into radio cells - Google Patents

Method for synchronizing a radio communication system that is divided up into radio cells

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Publication number
EP1645054A1
EP1645054A1 EP04766088A EP04766088A EP1645054A1 EP 1645054 A1 EP1645054 A1 EP 1645054A1 EP 04766088 A EP04766088 A EP 04766088A EP 04766088 A EP04766088 A EP 04766088A EP 1645054 A1 EP1645054 A1 EP 1645054A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radio
base station
synchronization
assigned
mobile station
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04766088A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Mario Konegger
Walter Kunz
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.)
Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG
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, Nokia Siemens Networks GmbH and Co KG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1645054A1 publication Critical patent/EP1645054A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H04B7/2671—Arrangements for Wireless Time-Division Multiple Access [TDMA] System Synchronisation
    • H04B7/2678—Time synchronisation
    • H04B7/2687—Inter base stations synchronisation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W56/00—Synchronisation arrangements

Definitions

  • the invention relates to a method for synchronizing a radio communication system divided into radio cells according to the preamble of patent claim 1.
  • co-channel interference is caused as a so-called "cochannel interference”.
  • the available carrier frequencies are assigned to individual carrier frequency sub-resources.
  • Each carrier frequency sub-resource is then permanently assigned to a radio cell using a so-called "frequency reuse" planning in such a way that only minimal co-channel interference is caused in the radio cells, taking into account the minimal spatial distances between the radio cells.
  • This fixed assignment of carrier frequencies or their transmission resources is particularly disadvantageous if an inhomogeneously distributed number of subscribers occurs within adjacent radio cells.
  • a considered base station of one of the radio cells which has to supply an increased number of subscribers, then has an increased need for transmission resources. If there is then a lack of transmission resources, subscribers requesting a new data transmission are rejected in the radio cell under consideration.
  • Reuse factor can only be influenced to a limited extent.
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • the bandwidth radio transmission channel is "time-dispersive" and is subject to frequency-selective fading, so that a complex equalization is typically required on the receiving side.
  • the radio transmission channel is subdivided into a plurality of narrower subchannels, so that "flat fading” instead of frequency-selective fading is experienced on each of the subchannels, which enables a very simple, typically “single-tap” equalization ,
  • each of these radio transmission channels is assigned an identical modulation scheme and thus an identical transmission bit rate.
  • the assigned transmission bit rates are determined as a function of interference with the respective radio transmission channels.
  • a higher-level modulation method is used for radio transmission channels with low interference than for radio transmission channels with higher interference.
  • a transmission with a required quality of service for example taking into account an error rate, can be carried out for each radio transmission channel.
  • Such an OFDM multicarrier method is also known in the case of a wired transmission in the baseband under the name "discrete multitone transmission", or "DMT" for short.
  • FIG 3 a cellular OFDM radio communication system according to the prior art is shown representative of all mobile radio systems.
  • Three adjacent radio cells FZ1 to FZ3 each have an assigned base station BTS01 to BTS03.
  • Each of the base stations BTS01 to BTS03 supplies a number of mobile stations T01 to T012 assigned to the respective radio cell FZ1 to FZ3.
  • Each of the carrier frequencies fl to fl2 has seven as transmission resources in a connection direction referred to as "downlink" DL from the base station to the mobile station Time slots TSl . to TS7, while each of the carrier frequencies fl to fl2 has five time slots TS1 to TS5 as transmission resources in a connection direction referred to as "uplink” UL from the mobile station to the base station.
  • Free unused time slots are assigned to the carrier frequencies f2, f7 and fll by way of example and are identified by the letter "F".
  • FIG. 4 shows an overview of a state of the art synchronization situation of the radio cells FZ1 to FZ3 shown in FIG.
  • the individual base stations BTSOL to BTS03 are neither frequency nor time synchronized with each other.
  • a base station-specific carrier frequency deviation DeltaOl to Delta03 is plotted vertically for each of the base stations BTSO1 to BTS03.
  • This carrier frequency deviation DeltaOl to Delta03 is caused in each of the base stations BTSOl to BTS03 by electrical components of the respective base station, for example base station-specific local oscillators. Since the mobile stations T01 to T012 are synchronized to the respective assignable base station BTSOl to BTS03, the base station BTSOl to BTS03 and the correspondingly assigned mobile stations T01 to T012 also have the respective carrier frequency deviations DeltaOl to Delta03.
  • a number of active mobile stations is determined by a base station and compared with at least one predetermined threshold value.
  • a first or a second synchronization method is selected or used from the threshold values or from the threshold values.
  • a predefined threshold value is assumed as a representative example.
  • a first synchronization method is used which is designed in accordance with a transmission standard assigned to the radio communication system. For example, in a UMTS radio communication system, base and mobile stations are synchronized using the assigned UMTS standard.
  • the first synchronization method is based on a lower number of requests compared to the second synchronization method. number of active mobile stations, so that in this case there is sufficient transmission capacity for the transmission of synchronization information.
  • time and frequency synchronization in the cellular radio communication system is implemented with simple means. Since the second synchronization method dispenses with the transmission of additional signaling information for synchronization, which previously had to be exchanged between the base station and mobile station at a higher protocol layer, radio transmission resources remain available which are available for carrying out useful data transmissions.
  • the second synchronization method it is made possible in a particularly advantageous manner that, in particular, neighboring base stations use radio transmission resources from a pool that is jointly assigned to the base stations for data transmission. This enables particularly effective radio resource management. Dynamic use of available radio transmission resources is introduced or implemented in the individual radio cells.
  • radio transmission resources are optimally allocated in accordance with an instantaneous traffic load, with particularly advantageously unevenly distributed subscriber assignments being compensated for.
  • radio transmission resources are allocated in a preferred embodiment, taking into account an interference situation in the case of a radio transmission resource to be selected. This enables, for example, two neighboring base stations, each of which individually provides a mobile station assigned to it, to use a time slot of a carrier frequency as a radio transmission resource for the radio coverage of the mobile stations at the same time, provided the interference situation in the selected time slot allows this.
  • the radio transmission resources are determined, for example, by time slots of jointly assigned carrier frequencies.
  • the second synchronization method which is carried out independently and only by signal processing on the receiving side and readjustment of a synchronization state of the base stations or the mobile stations, means that available radio transmission resources in the individual radio cells are used dynamically. Available radio transmission resources are always optimally allocated in accordance with a current traffic load. Unevenly distributed subscriber assignments in the adjacent radio cells are particularly advantageously compensated for in this case.
  • the second synchronization method enables interference suppression methods to be used on the part of the base station and / or on the part of the mobile station, since interference suppression methods are optimized in particular for useful and interference signals which are synchronous with one another.
  • the second synchronization method enables, for example at large events, a simple addition of additional base stations, or an associated change in the number of radio cells.
  • the added base station dynamically selects radio transmission resources in such a way that co-channel interference with neighboring radio cells or with the mobile stations respectively assigned to the radio cells is minimized.
  • the method according to the invention is used particularly advantageously in an OFDM radio communication system which is particularly preferably used for services with high data rates.
  • the method according to the invention includes the selection or use of the synchronization method based on several threshold values.
  • a threshold value range is defined by two threshold values, as a result of which a "gentle" selection or switching between the synchronization methods can be implemented.
  • a hysteresis function which may be time-dependent, is made possible when selecting the synchronization method.
  • the influence of temporarily poorly receivable mobile stations on the selection of the synchronization method is particularly advantageously reduced.
  • the second synchronization method is explained in more detail below with the aid of a drawing. Show:
  • FIG. 1 shows an OFDM radio communication system with a second synchronization according to the invention
  • FIG. 2 shows a second synchronization according to the invention carried out by a base station of FIG. 1
  • FIG. 3 shows the cellular OFDM radio communication system described in the introduction to the description according to the prior art
  • FIG. 1 shows an OFDM radio communication system with second synchronization according to the invention, representative of other mobile radio systems.
  • Three adjacent radio cells FZ1 to FZ3 each have an assigned base station BTS1 to BTS3.
  • Each of the base stations BTS1 to BTS3 supplies a number of mobile stations TU to T33 assigned to the respective radio cell FZ1 to FZ3.
  • a first base station BTS1 for radio coverage is assigned a total of four mobile stations TU to T14, while a second base station BTS2 for radio coverage is assigned a total of five mobile stations T21 to T25.
  • a third base station BTS3 is assigned a total of three mobile stations T31 to T33 for radio coverage.
  • All three base stations BTS1 to BTS3 use a common carrier frequency resource, the total of twelve carrier frequencies, to transmit subscriber data on an equal basis fl to fl2.
  • Each of the carrier frequencies fl to fl2 has seven time slots TS1 to TS7 as transmission resources in a connection direction referred to as "downlink" DL from the base station to the mobile station, while each of the carrier frequencies fl to fl2 in a connection direction referred to as "uplink" UL from the mobile station to Base station has five time slots TS1 to TS5 as transmission resources. Free, unused time slots, which are shown by way of example for the carrier frequencies f2, f8 and fl2, are designated by the letter "F".
  • the first base station BTS1 of the first radio cell FZ1 receives signals from the mobile stations T11 to T14 assigned to it, as well as signals from mobile stations of the adjacent radio cells FZ2 and FZ3. This reception takes place automatically without additional monitoring of other frequency bands.
  • the first base station BTS1 in the uplink still receives signals from the mobile stations T21 and T22 of the second radio cell FZ2 and signals from the mobile stations T31 and T32 of the third radio cell FZ3.
  • the first base station BTS1 determines a first time deviation and a first frequency deviation based on the received mobile station signals of the neighboring radio cells FZ2 and FZ3 and derives from these values a suitable time synchronization value and a frequency synchronization value to which the first base station BTSl ultimately synchronizes. This is explained by way of example in FIG. 2 below.
  • a third mobile station T13 of the first radio cell FZ1 receives signals from the base station BTS1 of its own radio cell FZl as well as signals from the neighboring base stations BTS2 and BTS3 of the radio cells FZ2 and FZ3.
  • the third mobile station T13 now determines a second time deviation and a second frequency deviation based on the received base station signals and derives from these values a suitable time synchronization value and a frequency synchronization value to which the mobile station T13 ultimately synchronizes.
  • the second synchronization method according to the invention is repeated, for example, frame by frame, which results in a precise, self-organized time and frequency synchronization on average over time.
  • the second synchronization method particularly advantageously realizes a particularly flexible and adaptively implemented radio resource management, since all base stations can access a common pool of radio transmission resources.
  • a carrier frequency selection takes into account minimal DC frequencies. quenzuccen. Allocation of transmission resources
  • the abolished exclusive assignment of carrier frequencies to base stations or to radio cells makes it possible, for example, for the base station BTS1 to radio supply the mobile station T14 and the base station BTS3 to radio supply the mobile station T32 to use the time slot TS5 of the carrier frequency f5 at the same time if the interference situation in the time slot TS5 this allows.
  • This interference situation is influenced, for example, by sectored receive and / or transmit antennas at the base stations or by propagation characteristics of the radio signals or by the spatial distance between the participants, etc.
  • a base station for transmitting and / or receiving radio signals has, for example, three antenna arrangements, each of which individually provides radio coverage for a sector with an opening angle of 120 °. This results in a spatial separation or differentiation of radio signals and, depending on the choice of the opening angle of the sector, an improvement in an interference situation is achieved.
  • each of the three base stations can access transmission resources of the carrier frequencies in whole or in part, as required, thereby avoiding bottlenecks in the individual radio cells with a simultaneous overcapacity in individual radio cells.
  • the second synchronization method according to the invention is carried out independently and requires neither a complex one
  • FIG. 2 shows, based on FIG. 1, a second synchronization method carried out by the base station BTS1.
  • a mobile station-specific carrier frequency deviation is plotted vertically for each of the mobile stations.
  • the considered first base station BTS1 receives in
  • the base station BTS1 corrects its synchronization accordingly in the direction of the positive synchronization value dl. The same applies to the other base stations BTS2 and BTS3.
  • TDMA / FDMA multiple access method is used individually or in combination with one another in the above-mentioned cellular radio communication system and if a so-called time division duplex transmission mode (TDD mode) is considered for the transmission, there is one received at the base station Signal r (t) from a superimposition of several signals of the mobile stations of all radio cells transmitting simultaneously in the FDMA multiple access method.
  • TDD mode time division duplex transmission mode
  • each base station determines the mean time of reception of overlaid OFDM symbols of the mobile stations located in the neighboring radio cells.
  • a metric ⁇ (k) is created for a sample value k, the values of which also have periodic values in the case of an FDMA uplink with the OFDM symbol length N.
  • M stands for a window length over which metric values are averaged for the purpose of noise reduction. As a rule, this is identical to the length of a so-called "guard interval". Under certain circumstances, a different length of a distance N from correlated values and the window length M is chosen to improve detection properties.
  • assumes a value at the point of the mean time deviation of the signal components of the mobile stations at a respective base station, which is proportional to the total power of the signals of the mobile stations received from this cell.
  • the maximum absolute value of the metric is
  • the location of the maximum amount value is used as an estimate for the time offset of the respective base station.
  • the metric values are complex in the case of a remaining residual carrier frequency deviation, which is why an approximation of the mean carrier frequency deviation of the signals received in the OFDM symbol can be determined from the phase measured in the metric maximum for small values of the carrier frequency deviation. It is advantageous to separate the FDMA signals from different ones
  • Frequency range since these are assigned to different subcarriers.
  • the respective carrier frequency deviation is in this case from a phase shift on each
  • OFDM symbols received subcarrier take place.
  • the frequency deviation of a subcarrier frequency ⁇ f (k) results from the phase change of the transmission factors H (n, k) of a subcarrier frequency k between two successive OFDM symbols with time index n and n + 1 at a time interval T s .
  • the following therefore applies:
  • An average carrier frequency deviation, for example, of the mobile stations received from the neighboring radio cells is determined from the values of the carrier frequency deviation of the neighboring radio cells, which are present in the frequency range after the estimate, in accordance with the quality of the estimate.
  • the respective time deviation is determined from the phase shift between the subcarriers of a received OFDM symbol from a mobile station assigned to the same base station. From the values of the time deviation that are present in the frequency range after the estimate, an average time deviation, for example, of the mobile stations received from the neighboring radio cells is determined after an evaluation according to the quality of the estimate. With the help of the determined time and carrier frequency deviation, each base station regulates its own carrier frequency and its own transmission time in accordance with the determined
  • each base station determines the useful powers of the mobile stations active in the radio cell and the co-channel interference powers per subcarrier originating from the neighboring radio cells.
  • each base station makes an independent decision about a bandwidth to be used. Those subcarriers with a minimum interference power are selected. Depending on the achievable channel quality, the base station makes an adaptive decision about the position and number of the subcarriers to be occupied and the physical transmission parameters to be used in order to be able to optimally supply the mobile stations located within the radio cell. Cross-line organization is not required.
  • This type of multiple access avoids interference within a radio cell and between mobile stations of neighboring radio cells.
  • a self-organizing optimization of a multiple access method used is carried out across radio cells. This is done taking into account the radio transmission channel properties and taking into account the instantaneous interference situation in a cellular environment.

Abstract

The invention relates to a method for synchronizing a radio communication system that is divided up into radio cells. According to said method, every radio cell comprises one base station each for the radio coverage of a plurality of mobile stations assigned to said radio cell. The base station receives, in addition to mobile station signals of its own radio cell, mobile station signals of neighboring radio cells. The base station determines, on the basis of the mobile station signals received, the number of mobile stations and compares this number with a defined threshold value. When the number determined falls below the threshold value, a first synchronization method for synchronizing the base station and the assigned mobile stations is used, said method corresponding to an assigned transmission standard of the radio communication system. When the threshold value is exceeded, a second synchronization method for synchronizing the base station and the assigned mobile stations is used.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Synchronisation eines in Funkzellen aufgeteilten FunkkommunikationsSystemsMethod for synchronizing a radio communication system divided into radio cells
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation eines in Funkzellen aufgeteilten FunkkommunikationsSystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for synchronizing a radio communication system divided into radio cells according to the preamble of patent claim 1.
Bei einem zellularen Funkkommunikationssystem werden aufgrund einer notwendigen Mehrfachnutzung von Trägerfrequenzen in benachbarten Funkzellen Gleichkanalstörungen als sogenannte "Cochannel-Interference" verursacht. Um diese Interferenzen zu reduzieren, werden die zur Verfügung stehenden Trägerfre- quenzen einzelnen Trägerfrequenz-Teilressourcen zugeordnet. Jede Trägerfrequenz-Teilressource wird dann mit Hilfe einer sogenannten "Frequency-Reuse"-Planung jeweils einer Funkzelle derart fest zugeordnet, dass in den Funkzellen unter Berücksichtigung von minimalen räumlichen Abständen der Funkzellen lediglich minimale Gleichkanalstörungen verursacht werden.In the case of a cellular radio communication system, due to a necessary multiple use of carrier frequencies in neighboring radio cells, co-channel interference is caused as a so-called "cochannel interference". To reduce this interference, the available carrier frequencies are assigned to individual carrier frequency sub-resources. Each carrier frequency sub-resource is then permanently assigned to a radio cell using a so-called "frequency reuse" planning in such a way that only minimal co-channel interference is caused in the radio cells, taking into account the minimal spatial distances between the radio cells.
Diese feste Zuordnung von Trägerfrequenzen, bzw. deren Übertragungsressourcen, ist insbesondere dann von Nachteil, wenn innerhalb benachbarter Funkzellen eine inhomogen verteilte Teilnehmeranzahl auftritt. Eine betrachtete Basisstation einer der Funkzellen, die eine erhöhte Teilnehmeranzahl zu versorgen hat, weist dann einen erhöhten Bedarf an Übertragungsressourcen auf. Entsteht dann ein Mangel an Übertragungsressourcen, so werden in der betrachteten Funkzelle Teilnehmer, die eine neue Datenübertragung anfordern, abgewiesen.This fixed assignment of carrier frequencies or their transmission resources is particularly disadvantageous if an inhomogeneously distributed number of subscribers occurs within adjacent radio cells. A considered base station of one of the radio cells, which has to supply an increased number of subscribers, then has an increased need for transmission resources. If there is then a lack of transmission resources, subscribers requesting a new data transmission are rejected in the radio cell under consideration.
Entsprechend entstehen bei einer erhöhten Teilnehmeranzahl erhöhte Gleichkanalstörungen innerhalb des Funkkommunikati- onssystems, die aufgrund der "Frequency-Reuse"-Planung mit einem festgelegten Frequenzwiederholungsfaktor ("Frequency-Accordingly, with an increased number of subscribers, increased co-channel interference occurs within the radio communication onsystem, which due to the "frequency reuse" planning with a fixed frequency repetition factor ("frequency
Reuse-Factor") nur begrenzt beeinflussbar sind.Reuse factor ") can only be influenced to a limited extent.
Eine Erhöhung von Übertragungsressourcen, die beispielsweise bei Großveranstaltungen durch nachträgliches Einbringen weiterer Basisstationen durchgeführt wird, ist mit einfachen Mitteln aufgrund der Zunahme an Gleichkanalstörungen nicht ohne weiteres möglich. Gegebenenfalls muss die aufwändige "Frequency-Reuse"-Planung erneut durchgeführt werden.An increase in transmission resources, which is carried out, for example, at large events by retrofitting additional base stations, is not readily possible with simple means due to the increase in co-channel interference. If necessary, the time-consuming "frequency reuse" planning must be carried out again.
Speziell für zellular aufgebaute Mobilfunknetze zukünftiger Generationen ist eine Verwendung von sogenannten "Orthogonal- Frequency-Division-Multiplexing", kurz "OFDM", Übertragungs- techniken von großer Bedeutung. Derartige OFDM-Mobilfunknetze 1 fordern beispielsweise für eine Videoübertragung hohe Datenraten, die mit Hilfe von OFDM-Übertragungstechniken kosteneffizient übertragbar sind. Dabei werden zur Übertragung eines Teilnehmer-Datenstroms mehrere sogenannte Subträgerfrequenzen parallel zueinander gleichzeitig verwendet. Ein bandbreiter Übertragungskanal wird durch mehrere Funkübertragungskanäle mit einer im allgemeinen gleichen Bandbreite realisiert. Ein derartiges OFDM-Mobilfunknetz ist wiederum abhängig von einer durchzuführenden "Frequency-Reuse"-Planung im Bezug auf Gleichkanalstörungen auszubilden.The use of so-called "orthogonal frequency division multiplexing", or "OFDM" for short, transmission technologies is of great importance especially for cellularly constructed mobile radio networks of future generations. Such OFDM mobile radio networks 1 require high data rates for video transmission, for example, which can be transmitted cost-effectively with the aid of OFDM transmission techniques. In this case, several so-called subcarrier frequencies are used in parallel with one another to transmit a subscriber data stream. A bandwidth-wide transmission channel is realized by several radio transmission channels with a generally identical bandwidth. Such an OFDM mobile radio network is in turn dependent on the frequency reuse planning to be carried out in relation to co-channel interference.
Der bandbreite Funkübertragungskanal ist "time-dispersive" und unterliegt einem frequenzselektivem Fading, so dass emp- fangsseitig typischerweise eine komplexe Entzerrung erforder- lieh ist. Bei einer OFDM-Übertragung wird der Funkübertragungskanal in eine Vielzahl schmälerer Subkanäle unterteilt, so dass auf jedem der Subkanäle ein "flat-fading" anstelle eines frequenzselektiven Fadings erfahren wird, wodurch eine sehr einfache, typischerweise eine "single-tap"-Entzerrung ermöglicht wird. Im einfachsten Fall wird jedem dieser Funkübertragungskanäle jeweils ein gleiches ModulationsSchema und damit eine gleiche Übertragungsbitrate zugeordnet. Dabei werden die zugeordneten Übertragungsbitraten in Abhängigkeit von Störungen der jewei- ligen Funkübertragungskanäle festgelegt. Bei Funkübertragungskanälen mit geringen Störungen wird ein höherstufiges Modulationsverfahren verwendet, als in Funkübertragungskanä- len, die höhere Störungen aufweisen. Dadurch kann für jeden Funkübertragungskanal eine Übertragung mit einer geforderten Dienstgüte, beispielsweise unter Berücksichtigung einer Fehlerrate, durchgeführt werden. Ein derartiges OFDM-Mehr- trägerverfahren ist im Falle einer drahtgebundenen Übertragung im Basisband auch unter der Bezeichnung "discrete multi- tone transmission", kurz "DMT", bekannt.The bandwidth radio transmission channel is "time-dispersive" and is subject to frequency-selective fading, so that a complex equalization is typically required on the receiving side. In an OFDM transmission, the radio transmission channel is subdivided into a plurality of narrower subchannels, so that "flat fading" instead of frequency-selective fading is experienced on each of the subchannels, which enables a very simple, typically "single-tap" equalization , In the simplest case, each of these radio transmission channels is assigned an identical modulation scheme and thus an identical transmission bit rate. The assigned transmission bit rates are determined as a function of interference with the respective radio transmission channels. A higher-level modulation method is used for radio transmission channels with low interference than for radio transmission channels with higher interference. As a result, a transmission with a required quality of service, for example taking into account an error rate, can be carried out for each radio transmission channel. Such an OFDM multicarrier method is also known in the case of a wired transmission in the baseband under the name "discrete multitone transmission", or "DMT" for short.
In FIG 3 wird stellvertretend für alle Mobilfunksysteme ein zellulares OFDM-Funkkommunikationssystem gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Drei benachbarte Funkzellen FZl bis FZ3 weisen jeweils eine zugeordnete Basisstation BTS01 bis BTS03 auf. Jede einzelne der Basisstationen BTS01 bis BTS03 versorgt eine Anzahl von der jeweiligen Funkzelle FZl bis FZ3 zugeordneten Mobilstationen T01 bis T012. Dabei sind anhand einer Frequency-Reuse-Planung einer ersten Basisstation BTS01 einer ersten Funkzelle FZl insgesamt vier Trägerfrequenzen f9 bis fl2, einer zweiten Basisstation BTS02 einer zweiten Funkzelle FZ2 insgesamt vier Trägerfrequenzen fl bis f4 und einer dritten Basisstation BTS03 einer dritten Funkzelle FZ3 insgesamt vier Trägerfrequenzen f5 bis f8 exklusiv zur Datenübertragung zugeordnet.In FIG 3, a cellular OFDM radio communication system according to the prior art is shown representative of all mobile radio systems. Three adjacent radio cells FZ1 to FZ3 each have an assigned base station BTS01 to BTS03. Each of the base stations BTS01 to BTS03 supplies a number of mobile stations T01 to T012 assigned to the respective radio cell FZ1 to FZ3. Using frequency reuse planning of a first base station BTS01 of a first radio cell FZ1, a total of four carrier frequencies f9 to fl2, a second base station BTS02 of a second radio cell FZ2 a total of four carrier frequencies fl to f4 and a third base station BTS03 of a third radio cell FZ3 a total of four carrier frequencies f5 to f8 exclusively assigned for data transmission.
Jede der Trägerfrequenzen fl bis fl2 weist in einer als "Downlink" DL bezeichneten Verbindungsrichtung von der Basisstation zur Mobilstation als Übertragungsressourcen sieben Zeitschlitze TSl.bis TS7 auf, während jede der Trägerfrequenzen fl bis fl2 in einer als "Uplink" UL bezeichneten Verbindungsrichtung von der Mobilstation zur Basisstation als Übertragungsressourcen fünf Zeitschlitze TS1 bis TS5 aufweist. Freie ungenutzte Zeitschlitze sind beispielhaft den Trägerfrequenzen f2, f7 und fll zugeordnet und sind mit dem Buchstaben "F" bezeichnet.Each of the carrier frequencies fl to fl2 has seven as transmission resources in a connection direction referred to as "downlink" DL from the base station to the mobile station Time slots TSl . to TS7, while each of the carrier frequencies fl to fl2 has five time slots TS1 to TS5 as transmission resources in a connection direction referred to as "uplink" UL from the mobile station to the base station. Free unused time slots are assigned to the carrier frequencies f2, f7 and fll by way of example and are identified by the letter "F".
In FIG 4 wird in einer Übersicht eine dem Stand der Technik entsprechende Synchronisationssituation der in FIG 3 dargestellten Funkzellen FZl bis FZ3 gezeigt.4 shows an overview of a state of the art synchronization situation of the radio cells FZ1 to FZ3 shown in FIG.
Die einzelnen Basisstationen BTSOl bis BTS03 sind untereinander weder frequenz- noch zeitsynchronisiert. Vertikal ist für jede einzelne der Basisstationen BTSOl bis BTS03 jeweils eine basisstationsspezifische Trägerfrequenzabweichung DeltaOl bis Delta03 aufgetragen. Diese Trägerfrequenzabweichung DeltaOl bis Delta03 wird bei jeder einzelnen der Basisstationen BTSOl bis BTS03 von elektrischen Komponenten der jeweiligen Basis- Station, beispielsweise basisstationsspezifischen Lokaloszillatoren, verursacht. Da die Mobilstationen T01 bis T012 auf die jeweilige zuordenbare Basisstation BTSOl bis BTS03 synchronisiert werden, weisen die Basisstation BTSOl bis BTS03 und die entsprechend zugeordneten Mobilstationen T01 bis T012 untereinander auch die jeweilige Trägerfrequenzabweichungen DeltaOl bis Delta03 auf.The individual base stations BTSOL to BTS03 are neither frequency nor time synchronized with each other. A base station-specific carrier frequency deviation DeltaOl to Delta03 is plotted vertically for each of the base stations BTSO1 to BTS03. This carrier frequency deviation DeltaOl to Delta03 is caused in each of the base stations BTSOl to BTS03 by electrical components of the respective base station, for example base station-specific local oscillators. Since the mobile stations T01 to T012 are synchronized to the respective assignable base station BTSOl to BTS03, the base station BTSOl to BTS03 and the correspondingly assigned mobile stations T01 to T012 also have the respective carrier frequency deviations DeltaOl to Delta03.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zellulares FunkkommunikationsSystem, insbesondere ein OFDM-Funküber- tragungssystem, derart zu realisieren, dass unter Beachtung minimaler Gleichkanalstörungen Teilnehmer sowohl bei einem hohen als auch bei einem niedrigen Verkehrsaufkommen unter optimaler Nutzung von Funkübertragungsressourcen funkversorgt werden .It is an object of the present invention to implement a cellular radio communication system, in particular an OFDM radio transmission system, in such a way that, taking minimal co-channel interference into account, subscribers experience both high and low traffic optimal use of radio transmission resources can be supplied with radio.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patent- anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The object of the invention is achieved by the features of patent claim 1. Advantageous further developments are specified in the subclaims.
Erfindungsgemäß wird seitens einer BasisStation eine Anzahl an aktiven Mobilstationen festgestellt und mit mindestens ei- nem vorgegebenen Schwellwert verglichen. Abhängig vomAccording to the invention, a number of active mobile stations is determined by a base station and compared with at least one predetermined threshold value. Depending on the
Schwellwert bzw. von den Schwellwerten wird ein erstes oder ein zweites Synchronisationsverfahren ausgewählt bzw. verwendet.A first or a second synchronization method is selected or used from the threshold values or from the threshold values.
Im folgenden wird stellvertretend und beispielhaft von einem vorgegebenen Schwellwert ausgegangen.In the following, a predefined threshold value is assumed as a representative example.
Bei einer niedrigen Anzahl an aktiven Mobilstationen, d.h. bei einem Unterschreiten des vorgegebenen Schwellwerts , wird ein erstes Synchronisationsverfahren verwendet, das entsprechend einem dem Funkkommunikationssystem zugeordneten Übertragungsstandard ausgebildet ist. Beispielsweise erfolgt bei einem UMTS-Funkkommunikationssystem eine Synchronisation von Basis- und Mobilstationen anhand des zugeordneten UMTS- Standards.With a low number of active mobile stations, i.e. if the predefined threshold value is undershot, a first synchronization method is used which is designed in accordance with a transmission standard assigned to the radio communication system. For example, in a UMTS radio communication system, base and mobile stations are synchronized using the assigned UMTS standard.
Bei einer hohen Anzahl an aktiven Mobilstationen, d.h. bei einem Überschreiten des vorgegebenen Schwellwerts, wird ein nachfolgend beschriebenes zweites Synchronisationsverfahren verwendet.With a high number of active mobile stations, i.e. if the predetermined threshold value is exceeded, a second synchronization method described below is used.
Beim ersten Synchronisationsverfahren wird von einer im Vergleich zum zweiten Synchronisationsverfahren geringeren An- zahl an aktiven Mobilstationen ausgegangen, so dass in diesem Fall für eine Übertragung von Synchronisationsinformationen ausreichende Übertragungskapazitäten vorhanden sind.The first synchronization method is based on a lower number of requests compared to the second synchronization method. number of active mobile stations, so that in this case there is sufficient transmission capacity for the transmission of synchronization information.
Durch Verwendung des ersten Synchronisationsverfahren bei einer geringen Anzahl an aktiven Mobilstationen wird eine erforderliche Genauigkeit der Synchronisation gewährleistet.By using the first synchronization method with a small number of active mobile stations, a required accuracy of the synchronization is guaranteed.
Durch das zweite Synchronisationsverfahren wird mit einfachen Mitteln eine Zeit- und eine Frequenzsynchronisation beim zellularen FunkkommunikationsSystem realisiert. Da das zweite Synchronisationsverfahren auf eine Übertragung von zusätzlichen Signalisierungsinformationen zur Synchronisation verzichtet, die bislang zwischen Basisstation und Mobilstation auf einer höheren Protokollschicht ausgetauscht werden muss- ten, bleiben Funkübertragungsressourcen frei, die zur Durchführung von Nutzdatenübertragungen zur Verfügung stehen.With the second synchronization method, time and frequency synchronization in the cellular radio communication system is implemented with simple means. Since the second synchronization method dispenses with the transmission of additional signaling information for synchronization, which previously had to be exchanged between the base station and mobile station at a higher protocol layer, radio transmission resources remain available which are available for carrying out useful data transmissions.
Beim zweiten Synchronisationsverfahren wird besonders vor- teilhaft ermöglicht, dass insbesondere benachbarte Basisstation Funkübertragungsressourcen eines Vorrats verwenden, der den Basisstationen zur Datenübertragung gemeinsam zugeordnet ist. Dadurch wird ein besonders effektives Radio-Ressource- Management ermöglicht. Es wird eine dynamische Nutzung ver- fügbarer Funkübertragungsressourcen in den einzelnen Funkzellen eingeführt bzw. realisiert.In the second synchronization method, it is made possible in a particularly advantageous manner that, in particular, neighboring base stations use radio transmission resources from a pool that is jointly assigned to the base stations for data transmission. This enables particularly effective radio resource management. Dynamic use of available radio transmission resources is introduced or implemented in the individual radio cells.
Beim zweiten Synchronisationsverfahren werden entsprechend einer momentanen Verkehrslast verfügbare Funkübertragungsres- sourcen jeweils optimal zugeordnet, wobei besonders vorteilhaft ungleichmäßig verteilte Teilnehmerbelegungen ausgeglichen werden. Beim zweiten Synchronisationsverfahren erfolgt die Zuteilung von Funkübertagungsressourcen in einer bevorzugten Ausfüh- rungsform unter Berücksichtigung einer Interferenzsituation bei einer auszuwählenden Funkübertragungsressource. Dadurch wird ermöglicht, dass beispielsweise zwei benachbarte Basisstationen, von denen jede einzelne jeweils eine ihr zugeordnete Mobilstation funkversorgt, gleichzeitig einen Zeitschlitz einer Trägerfrequenz als Funkübertragungsressource für die Funkversorgung der Mobilstationen gemeinsam verwen- den, sofern die InterferenzSituation im ausgewählten Zeitschlitz dies erlaubt.In the second synchronization method, available radio transmission resources are optimally allocated in accordance with an instantaneous traffic load, with particularly advantageously unevenly distributed subscriber assignments being compensated for. In the second synchronization method, radio transmission resources are allocated in a preferred embodiment, taking into account an interference situation in the case of a radio transmission resource to be selected. This enables, for example, two neighboring base stations, each of which individually provides a mobile station assigned to it, to use a time slot of a carrier frequency as a radio transmission resource for the radio coverage of the mobile stations at the same time, provided the interference situation in the selected time slot allows this.
Die Funkübertragungsressourcen sind beispielsweise durch Zeitschlitze von gemeinsam zugeordneten Trägerfrequenzen festgelegt.The radio transmission resources are determined, for example, by time slots of jointly assigned carrier frequencies.
Durch das zweite Synchronisationsverfahren, das selbstständig und lediglich durch empfangsseitige Signalverarbeitung und Nachregelung eines Synchronisationszustands der Basisstatio- nen bzw. der Mobilstationen durchgeführt wird, erfolgt eine dynamische Nutzung verfügbarer Funkübertragungsressourcen in den einzelnen Funkzellen. Entsprechend einer momentanen Verkehrslast werden verfügbare Funkübertragungsressourcen stets optimal zugeordnet . Besonders vorteilhaft werden dabei un- gleichmäßig verteilte Teilnehmerbelegungen in den benachbarten Funkzellen ausgeglichen.The second synchronization method, which is carried out independently and only by signal processing on the receiving side and readjustment of a synchronization state of the base stations or the mobile stations, means that available radio transmission resources in the individual radio cells are used dynamically. Available radio transmission resources are always optimally allocated in accordance with a current traffic load. Unevenly distributed subscriber assignments in the adjacent radio cells are particularly advantageously compensated for in this case.
Das zweite Synchronisationsverfahren ermöglicht eine Anwendung von Interferenzunterdrückungsverfahren seitens der Ba- sisstation und/oder seitens der Mobilstation, da Interferenzunterdrückungsverfahren insbesondere für zueinander synchrone Nutz- und Störsignale optimiert sind. Das zweite Synchronisationsverfahren ermöglicht beispielsweise bei Großveranstaltungen auf einfache Weise ein nachträgliches Hinzufügen weiterer Basisstationen, bzw. eine damit einhergehende Änderung der Funkzellenanzahl.The second synchronization method enables interference suppression methods to be used on the part of the base station and / or on the part of the mobile station, since interference suppression methods are optimized in particular for useful and interference signals which are synchronous with one another. The second synchronization method enables, for example at large events, a simple addition of additional base stations, or an associated change in the number of radio cells.
Sowohl beim ersten als auch beim zweiten Synchronisationsverfahren wählt die hinzugefügte Basisstation Funkübertragungsressourcen dynamisch derart aus, dass Gleichkanalinterferenzen zu benachbarten Funkzellen bzw. zu den den Funkzellen je- weils zugeordneten Mobilstationen minimiert werden.In both the first and the second synchronization method, the added base station dynamically selects radio transmission resources in such a way that co-channel interference with neighboring radio cells or with the mobile stations respectively assigned to the radio cells is minimized.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird besonders vorteilhaft bei einem OFDM-Funkkommunikationssyste verwendet, das besonders bevorzugt für Dienste mit hohen Datenraten eingesetzt wird.The method according to the invention is used particularly advantageously in an OFDM radio communication system which is particularly preferably used for services with high data rates.
Das erfindungsgemäße Verfahren schließt die auf mehreren Schwellwerten basierende Auswahl bzw. Verwendung des Synchronisationsverfahrens mit ein. Beispielsweise wird durch zwei Schwellwerte ein Schwellwertbereich festgelegt, wodurch eine "sanfte" Auswahl bzw. umschalten zwischen den Synchronisationsverfahren realisierbar ist.The method according to the invention includes the selection or use of the synchronization method based on several threshold values. For example, a threshold value range is defined by two threshold values, as a result of which a "gentle" selection or switching between the synchronization methods can be implemented.
Mit Hilfe eines entsprechend gestalteten Schwellwertbereichs wird beispielsweise eine Verwendung einer gegebenenfalls zeitabhängig ausgeführten Hysterese-Funktion bei der Auswahl des Synchronisationsverfahrens ermöglicht.With the aid of an appropriately designed threshold value range, for example, the use of a hysteresis function, which may be time-dependent, is made possible when selecting the synchronization method.
Besonders vorteilhaft wird der Einfluss von zeitweise schlecht empfangbaren Mobilstationen auf die Auswahl des Syn- chronisationsverfahrens reduziert. Im Folgenden wird das zweite Synchronisationsverfahren anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The influence of temporarily poorly receivable mobile stations on the selection of the synchronization method is particularly advantageously reduced. The second synchronization method is explained in more detail below with the aid of a drawing. Show:
FIG 1 ein OFDM-Funkkommunikationssystem mit erfindungsgemäßer zweiter Synchronisation, FIG 2 eine seitens einer Basisstation der FIG1 durchgeführte erfindungsgemäße zweite Synchronisation, FIG 3 das in der Beschreibungseinleitung stellvertretend be- schriebene zellulare OFDM-Funkkommunikationssystem gemäß dem Stand der Technik, und FIG 4 die in der Beschreibungseinleitung beschriebene und dem Stand der Technik entsprechende Synchronisationssituation.1 shows an OFDM radio communication system with a second synchronization according to the invention, FIG. 2 shows a second synchronization according to the invention carried out by a base station of FIG. 1, FIG. 3 shows the cellular OFDM radio communication system described in the introduction to the description according to the prior art, and FIG Introduction to the description described and the state of the art synchronization situation.
FIG 1 zeigt stellvertretend für weitere Mobilfunksysteme ein OFDM-Funkkommunikationssystem mit erfindungsgemäßer zweiter Synchronisation .1 shows an OFDM radio communication system with second synchronization according to the invention, representative of other mobile radio systems.
Drei benachbarte Funkzellen FZl bis FZ3 weisen jeweils eine zugeordnete Basisstation BTS1 bis BTS3 auf. Jede einzelne der Basisstationen BTS1 bis BTS3 versorgt eine Anzahl von der jeweiligen Funkzelle FZl bis FZ3 zugeordneten Mobilstationen TU bis T33. Dabei sind einer ersten Basisstation BTS1 zur Funkversorgung insgesamt vier Mobilstationen TU bis T14 zugeteilt, während einer zweiten Basisstation BTS2 zur Funkversorgung insgesamt fünf Mobilstationen T21 bis T25 zugeteilt sind. Einer dritten Basisstation BTS3 sind zur Funkversorgung insgesamt drei Mobilstationen T31 bis T33 zugeteilt.Three adjacent radio cells FZ1 to FZ3 each have an assigned base station BTS1 to BTS3. Each of the base stations BTS1 to BTS3 supplies a number of mobile stations TU to T33 assigned to the respective radio cell FZ1 to FZ3. A first base station BTS1 for radio coverage is assigned a total of four mobile stations TU to T14, while a second base station BTS2 for radio coverage is assigned a total of five mobile stations T21 to T25. A third base station BTS3 is assigned a total of three mobile stations T31 to T33 for radio coverage.
Alle drei Basisstationen BTS1 bis BTS3 verwenden zur Übertragung von Teilnehmerdaten gleichberechtigt eine gemeinsame Trägerfrequenzressource, die insgesamt zwölf Trägerfrequenzen fl bis fl2 aufweist. Jede der Trägerfrequenzen fl bis fl2 weist in einer als "Downlink" DL bezeichneten Verbindungsrichtung von der Basisstation zur Mobilstation als Übertragungsressourcen sieben Zeitschlitze TSl bis TS7 auf, während jede der Trägerfrequenzen fl bis fl2 in einer als "Uplink" UL bezeichneten Verbindungsrichtung von der Mobilstation zur Basisstation als Übertragungsressourcen fünf Zeitschlitze TSl bis TS5 aufweist. Freie, ungenutzte Zeitschlitze, die beispielhaft für die Trägerfrequenzen f2, f8 und fl2 gezeigt sind, werden mit dem Buchstaben "F" bezeichnet.All three base stations BTS1 to BTS3 use a common carrier frequency resource, the total of twelve carrier frequencies, to transmit subscriber data on an equal basis fl to fl2. Each of the carrier frequencies fl to fl2 has seven time slots TS1 to TS7 as transmission resources in a connection direction referred to as "downlink" DL from the base station to the mobile station, while each of the carrier frequencies fl to fl2 in a connection direction referred to as "uplink" UL from the mobile station to Base station has five time slots TS1 to TS5 as transmission resources. Free, unused time slots, which are shown by way of example for the carrier frequencies f2, f8 and fl2, are designated by the letter "F".
Vergleichend zu FIG 3 ist hier durch die erfindungsgemäße zweite Synchronisation die ausschließliche Zuordnung von Trägerfrequenzen fl bis fl2 zu Basisstationen bzw. zu Funkzellen aufgehoben.Compared to FIG. 3, the exclusive assignment of carrier frequencies fl to fl2 to base stations or to radio cells is canceled here by the second synchronization according to the invention.
Stellvertretend für die zweite und die dritte Funkzelle FZ2 und FZ3 wird anhand der ersten Funkzelle FZl das erfindungsgemäße zweite Synchronisationsverfahren nachfolgend näher er- läutert. Dabei ist hier unter "Synchronisation" sowohl eine zeitliche Synchronisation der Zeitschlitze der Trägerfrequenzen als auch eine Frequenzsynchronisation der Trägerfrequenzen zu verstehen.Representing the second and third radio cells FZ2 and FZ3, the second synchronization method according to the invention is explained in more detail below with reference to the first radio cell FZ1. "Synchronization" here means both a time synchronization of the time slots of the carrier frequencies and a frequency synchronization of the carrier frequencies.
Die erste Basisstation BTSl der ersten Funkzelle FZl empfängt im Uplink UL neben Signalen der ihr zugeordneten Mobilstatio- nen Tll bis T14 noch zusätzlich Signale von Mobilstationen der benachbarten Funkzellen FZ2 und FZ3. Dieser Empfang erfolgt ohne zusätzliches Überwachen von anderen Frequenzbän- dern automatisch.In the uplink UL, the first base station BTS1 of the first radio cell FZ1 receives signals from the mobile stations T11 to T14 assigned to it, as well as signals from mobile stations of the adjacent radio cells FZ2 and FZ3. This reception takes place automatically without additional monitoring of other frequency bands.
Beispielsweise empfängt die erste Basisstation BTSl im Uplink noch Signale der Mobilstationen T21 und T22 der zweiten Funk- zelle FZ2 und Signale der Mobilstationen T31 und T32 der dritten Funkzelle FZ3. Die erste Basisstation BTSl bestimmt basierend auf den empfangenen Mobilstationssignalen der benachbarten Funkzellen FZ2 und FZ3 eine erste Zeitabweichung und eine erste Frequenzabweichung und leitet aus diesen Werten einen geeigneten Zeitsynchronisationswert und einen Frequenzsynchronisationswert ab, auf den sich die erste Basisstation BTSl letztendlich aufsynchronisiert . Dies wird beispielhaft in der nachfolgenden FIG 2 erläutert.For example, the first base station BTS1 in the uplink still receives signals from the mobile stations T21 and T22 of the second radio cell FZ2 and signals from the mobile stations T31 and T32 of the third radio cell FZ3. The first base station BTS1 determines a first time deviation and a first frequency deviation based on the received mobile station signals of the neighboring radio cells FZ2 and FZ3 and derives from these values a suitable time synchronization value and a frequency synchronization value to which the first base station BTSl ultimately synchronizes. This is explained by way of example in FIG. 2 below.
Stellvertretend für alle Mobilstationen betrachtet, empfängt in einem Downlink DL eine dritte Mobilstation T13 der ersten Funkzelle FZl neben Signalen der Basisstation BTSl der eigenen Funkzelle FZl auch Signale der benachbarten Basisstatio- nen BTS2 und BTS3 der Funkzellen FZ2 und FZ3. Die dritte Mobilstation T13 bestimmt nun basierend auf den empfangenen Ba- sisstationssignalen eine zweite Zeitabweichung und eine zweite Frequenzabweichung und leitet aus diesen Werten einen geeigneten Zeitsynchronisationswert und einen Frequenzsynch.ro- nisationswert ab, auf den sich die Mobilstation T13 letztendlich aufsynchronisiert .Considered representative of all mobile stations, in a downlink DL a third mobile station T13 of the first radio cell FZ1 receives signals from the base station BTS1 of its own radio cell FZl as well as signals from the neighboring base stations BTS2 and BTS3 of the radio cells FZ2 and FZ3. The third mobile station T13 now determines a second time deviation and a second frequency deviation based on the received base station signals and derives from these values a suitable time synchronization value and a frequency synchronization value to which the mobile station T13 ultimately synchronizes.
Das erfindungsgemäße zweite Synchronisationsverfahren wird beispielsweise rahmenweise wiederholt, wodurch sich im zeit- liehen Mittel eine genaue, selbstorganisierte Zeit- und Fre- quenzsynchronisation ergibt.The second synchronization method according to the invention is repeated, for example, frame by frame, which results in a precise, self-organized time and frequency synchronization on average over time.
Durch das zweite Synchronisationsverfahren wird besonders vorteilhaft ein besonders flexibel und adaptiv realisiertes Radio-Ressource-Management realisiert, da alle Basisstationen auf einen gemeinsamen Vorrat an Funkübertragungsressourcen zugreifen können. Dabei erfolgt beispielsweise eine Trägerfrequenzauswahl unter Berücksichtigung minimaler Gleichfre- quenzStörungen. Eine Zuteilung von Übertragungsressourcen anThe second synchronization method particularly advantageously realizes a particularly flexible and adaptively implemented radio resource management, since all base stations can access a common pool of radio transmission resources. Here, for example, a carrier frequency selection takes into account minimal DC frequencies. quenzStörungen. Allocation of transmission resources
Mobilstationen wird ausschließlich durch die der jeweiligenMobile stations is operated exclusively by those of the respective
Mobilstation jeweils zugeordneten Basisstation durchgeführt.Mobile station each assigned base station performed.
Durch die aufgehobene ausschließliche Zuordnung von Trägerfrequenzen zu Basisstationen bzw. zu Funkzellen wird ermöglicht, dass beispielsweise die Basisstation BTSl zur Funkversorgung der Mobilstation T14 und die Basisstation BTS3 zur Funkversorgung der Mobilstation T32 den Zeitschlitz TS5 der Trägerfrequenz f5 gleichzeitig verwenden, wenn die Interferenzsituation im Zeitschlitz TS5 dies erlaubt. Diese Interferenzsituation wird beispielsweise beeinflusst durch sektori- sierte Empfangs- und/oder Sendeantennen an den Basisstationen oder durch Ausbreitungscharakteristiken der Funksignale oder durch den räumlichen Abstand zwischen den Teilnehmern, usw.The abolished exclusive assignment of carrier frequencies to base stations or to radio cells makes it possible, for example, for the base station BTS1 to radio supply the mobile station T14 and the base station BTS3 to radio supply the mobile station T32 to use the time slot TS5 of the carrier frequency f5 at the same time if the interference situation in the time slot TS5 this allows. This interference situation is influenced, for example, by sectored receive and / or transmit antennas at the base stations or by propagation characteristics of the radio signals or by the spatial distance between the participants, etc.
Bei einer Sektorisierung weist eine Basisstation zum Senden und/oder zum Empfangen von Funksignalen beispielsweise drei Antennenanordnungen auf, von denen jede einzelne einen Sektor mit einem Öffnungswinkel von 120° funkversorgt. Dadurch wird eine räumliche Trennung bzw. Unterscheidung von Funksignalen erzielt und je nach Wahl des Öffnungswinkels des Sektors einen Verbesserung einer Interferenzsituation erreicht.In the case of sectorization, a base station for transmitting and / or receiving radio signals has, for example, three antenna arrangements, each of which individually provides radio coverage for a sector with an opening angle of 120 °. This results in a spatial separation or differentiation of radio signals and, depending on the choice of the opening angle of the sector, an improvement in an interference situation is achieved.
Für den Fall einer inhomogenen Funkzellenauslastung kann jede der drei Basisstationen je nach Bedarf auf Übertragungsressourcen der Trägerfrequenzen ganz oder nur teilweise zugreifen, wodurch Engpässe in den einzelnen Funkzellen bei einer gleichzeitig vorherrschenden Überkapazität in einzelnen Funk- zellen vermieden werden. Das erfindungsgemäße zweite Synchronisationsverfahren wird selbständig durchgeführt und benötigt weder eine aufwändigeIn the event of inhomogeneous radio cell utilization, each of the three base stations can access transmission resources of the carrier frequencies in whole or in part, as required, thereby avoiding bottlenecks in the individual radio cells with a simultaneous overcapacity in individual radio cells. The second synchronization method according to the invention is carried out independently and requires neither a complex one
Signalisierung noch eine aufwändige GPS-Zeitsynchronisation.Signaling still a complex GPS time synchronization.
FIG 2 zeigt bezogen auf FIG 1 eine seitens der Basisstation BTSl durchgeführtes zweites Synchronisationsverfahren.2 shows, based on FIG. 1, a second synchronization method carried out by the base station BTS1.
Vertikal ist für jede einzelne der Mobilstationen jeweils eine mobilstationsspezifische Trägerfrequenzabweichung aufge- tragen. Die betrachtete erste Basisstation BTSl empfängt imA mobile station-specific carrier frequency deviation is plotted vertically for each of the mobile stations. The considered first base station BTS1 receives in
Uplink UL von den Mobilstationen T21, T22, T12, T13, TU, T31 und T32 gesendete Signale und bestimmt daraus einen Synchronisationswert dl, der hier beispielhaft als Mittelwert durch ein schraffiertes Rechteck dargestellt ist. Die Basisstation BTSl korrigiert ihre Synchronisation entsprechend in Richtung des positiven Synchronisationswerts dl. Für die weiteren Basisstationen BTS2 und BTS3 gilt entsprechendes.Uplink UL signals sent by the mobile stations T21, T22, T12, T13, TU, T31 and T32 and determines from them a synchronization value d1, which is shown here by way of example as a mean value by a hatched rectangle. The base station BTS1 corrects its synchronization accordingly in the direction of the positive synchronization value dl. The same applies to the other base stations BTS2 and BTS3.
Vergleichbar dazu erfolgt die hier nicht näher beschriebene Synchronisation der jeweiligen Mobilstationen.Comparable to this is the synchronization of the respective mobile stations, which is not described in more detail here.
Verwendet man beim oben genannten zellularen Funkkommunikationssystem einzeln oder in Kombination miteinander ein TDMA-/ FDMA-Vielfachzugriffsverfahren und betrachtet man zur Über- tragung einen sogenannten Time-Division-Duplex-Übertragungs- modus (TDD-Mode) , so besteht ein an der Basisstation empfangenes Signal r(t) aus einer Überlagerung von mehreren Signalen der im FDMA-Vielfachzugriffsverfahren gleichzeitig sendenden Mobilstationen aller Funkzellen.If a TDMA / FDMA multiple access method is used individually or in combination with one another in the above-mentioned cellular radio communication system and if a so-called time division duplex transmission mode (TDD mode) is considered for the transmission, there is one received at the base station Signal r (t) from a superimposition of several signals of the mobile stations of all radio cells transmitting simultaneously in the FDMA multiple access method.
Jede Basisstation ermittelt aus dem empfangenen Signal r(t) den mittleren EmpfangsZeitpunkt überlagerter OFDM-Symbole der in den benachbarten Funkzellen befindlichen Mobilstationen. Mit Hilfe einer Korrelation von benachbarten, im Abstand einer OFDM-Symbollänge N angeordneten Abtastwerte entsteht für einen Abtastwert k eine Metrik λ(k), deren Werte auch im Fall eines FDMA-Uplinks mit der OFDM-Symbollänge N periodische Werte aufweist.From the received signal r (t), each base station determines the mean time of reception of overlaid OFDM symbols of the mobile stations located in the neighboring radio cells. With the help of a correlation of adjacent sample values arranged at a distance of an OFDM symbol length N, a metric λ (k) is created for a sample value k, the values of which also have periodic values in the case of an FDMA uplink with the OFDM symbol length N.
Es gilt: λ(k) = j M m (k + m)r*(k + m + N)The following applies: λ (k) = j M m (k + m) r * (k + m + N)
Dabei steht M für eine Fensterlänge, über die Metrikwerte zum Zwecke der Rauschreduktion gemittelt werden. Diese ist in der Regel identisch mit der Länge eines sogenannten "Guard- Intervalls". Unter Umständen wird eine abweichende Länge eines Abstands N von korrelierten Werten und der Fensterlänge M zur Verbesserung von Detektionseigenschaften gewählt.M stands for a window length over which metric values are averaged for the purpose of noise reduction. As a rule, this is identical to the length of a so-called "guard interval". Under certain circumstances, a different length of a distance N from correlated values and the window length M is chosen to improve detection properties.
Der Betragswert der Metrik |λ(k) | nimmt an der Stelle der mittleren Zeitabweichung der Signalanteile der Mobilstationen an einer jeweiligen Basisstation einen Wert an, der proporti- onal zur Summenleistung der Signale der aus dieser Zelle empfangenen Mobilstationen ist. Aus diesem Grund wird der maximale Betragswert der Metrik |λ(k) | nach Berechnung der Metrikwerte gesucht und die Stelle des maximalen Betragswertes als Schätzwert für den Zeitoffset der jeweiligen Basisstati- on weiterverwendet. Die Metrikwerte sind im Fall einer verbleibenden restlichen Trägerfrequenzabweichung komplex, weshalb aus der im Metrikmaximum gemessenen Phase für kleine Werte der Trägerfrequenzabweichung eine Näherung der mittleren Trägerfrequenzabweichung der im OFDM-Symbol empfangenen Signale ermittelt werden kann. Vorteilhaft wird zur Trennung der FDMA-Signale verschiedenerThe absolute value of the metric | λ (k) | assumes a value at the point of the mean time deviation of the signal components of the mobile stations at a respective base station, which is proportional to the total power of the signals of the mobile stations received from this cell. For this reason, the maximum absolute value of the metric is | λ (k) | After calculating the metric values, the location of the maximum amount value is used as an estimate for the time offset of the respective base station. The metric values are complex in the case of a remaining residual carrier frequency deviation, which is why an approximation of the mean carrier frequency deviation of the signals received in the OFDM symbol can be determined from the phase measured in the metric maximum for small values of the carrier frequency deviation. It is advantageous to separate the FDMA signals from different ones
Mobilstationen eine Auswertung des empfangenen Signals imMobile stations an evaluation of the received signal in
Frequenzbereich vorgenommen, da diese verschiedenen Subträ- gern zugeordnet sind. Die jeweilige Trägerfrequenzabweichung wird in diesem Fall aus einer Phasendrehung der auf jedemFrequency range, since these are assigned to different subcarriers. The respective carrier frequency deviation is in this case from a phase shift on each
Subträger empfangenen OFDM-Symbole erfolgen.OFDM symbols received subcarrier take place.
Die Frequenzabweichung einer Teilträgerfrequenz δf (k) ergibt sich dabei aus der Phasenänderung der Übertragungsfaktoren H (n ,k) einer Teilträgerfrequenz k zwischen zwei aufeinanderfolgenden OFDM Symbolen mit Zeitindex n und n+1 im zeitlichen Abstand Ts. Es gilt somit:The frequency deviation of a subcarrier frequency δf (k) results from the phase change of the transmission factors H (n, k) of a subcarrier frequency k between two successive OFDM symbols with time index n and n + 1 at a time interval T s . The following therefore applies:
2π { H(n,k) J Ts 2π {H (n, k) JT s
Aus den nach der Schätzung im Frequenzbereich vorliegenden Werten der Trägerfrequenzabweichung der benachbarten Funkzellen wird nach einer Bewertung entsprechend der Qualität der Schätzung eine beispielsweise mittlere Trägerfrequenzabweichung der aus den Nachbarfunkzellen empfangenen Mobilstationen bestimmt.An average carrier frequency deviation, for example, of the mobile stations received from the neighboring radio cells is determined from the values of the carrier frequency deviation of the neighboring radio cells, which are present in the frequency range after the estimate, in accordance with the quality of the estimate.
Die Ermittelung der jeweilige Zeitabweichung wird aus der Phasendrehung zwischen den Subträgern eines empfangenen OFDM- Symbols von einer der gleichen Basisstaion zugeordneten Mobilstation erfolgen. Aus den nach der Schätzung im Frequenz- bereich vorliegenden Werten der Zeitabweichung wird nach einer Bewertung entsprechend der Qualität der Schätzung eine beispielsweise mittlere Zeitabweichung der aus den Nachbarfunkzellen empfangenen Mobilstationen bestimmt. Mit Hilfe der ermittelten Zeit- und Trägerfrequenzabweichung regelt jede Basisstation die jeweilige eigene Trägerfrequenz sowie den eigenen Sendezeitpunkt entsprechend den ermitteltenThe respective time deviation is determined from the phase shift between the subcarriers of a received OFDM symbol from a mobile station assigned to the same base station. From the values of the time deviation that are present in the frequency range after the estimate, an average time deviation, for example, of the mobile stations received from the neighboring radio cells is determined after an evaluation according to the quality of the estimate. With the help of the determined time and carrier frequency deviation, each base station regulates its own carrier frequency and its own transmission time in accordance with the determined
Werten nach. Bei einem geeigneten Entwurf eines Regelkreis- Schleifenfilters führt dieser Vorgang automatisch zu einer konvergierenden Schätzung.According to values. With a suitable loop filter design, this process automatically leads to a converging estimate.
Für das erfindungsgemäße zweite Synchronisationsverfahren sind für eine neu hinzukommende Basisstation in einem TDD- Funkkommunikationssystem folgende Schritte erforderlich:The following steps are required for the newly added base station in a TDD radio communication system for the second synchronization method according to the invention:
- Abhören von Uplink und Downlink zur Feststellung eines TDD- Rahmenaufbaus ,- Listening to the uplink and downlink to determine a TDD frame structure,
- Bestimmung des absoluten Sendezeitpunkts aller gemessener Empfangszeitpunkte, und - Auswertung der Signale nach dem oben genannten Muster.- Determination of the absolute time of transmission of all measured times of reception, and - Evaluation of the signals according to the above-mentioned pattern.
Jede Basisstation bestimmt in jeder Uplink-Phase Nutzleistungen der in der Funkzelle aktiven Mobilstationen und die aus den benachbarten Funkzellen stammenden Gleichkanal- Interferenzleistungen je Subträger.In each uplink phase, each base station determines the useful powers of the mobile stations active in the radio cell and the co-channel interference powers per subcarrier originating from the neighboring radio cells.
Auf Basis dieser Informationen trifft jede Basisstation eine selbstständige Entscheidung über eine zu belegende Bandbrei- te. Es werden diejenigen Subträger mit einer minimalen Inter- ferenzleistung ausgewählt. Die Basisstation trifft dabei in Abhängigkeit einer erreichbaren Kanalgüte eine adaptive Entscheidung über Position und Anzahl der zu belegenden Subträger und der zu verwendenden physikalische Übertragungsparameter, um die innerhalb der Funkzelle befindlichen Mobilstatio- nen optimal versorgen zu können. Eine zeilübergreifende Organisation ist nicht erforderlich. Diese Art des Vielfachzugriffs vermeidet Interferenzen innerhalb einer Funkzelle und zwischen Mobilstationen benachbarter Funkzellen. Es wird eine Funkzellen übergreifende, selbstorganisierende Optimierung eines verwendeten Vielfachzugriffsverfahrens durchgeführt. Diese erfolgt unter Berücksichtigung der Funkübertragungskanaleigenschaften und unter Berücksichtigung der augenblicklichen Interferenzsituation in einer zellularen Umgebung. On the basis of this information, each base station makes an independent decision about a bandwidth to be used. Those subcarriers with a minimum interference power are selected. Depending on the achievable channel quality, the base station makes an adaptive decision about the position and number of the subcarriers to be occupied and the physical transmission parameters to be used in order to be able to optimally supply the mobile stations located within the radio cell. Cross-line organization is not required. This type of multiple access avoids interference within a radio cell and between mobile stations of neighboring radio cells. A self-organizing optimization of a multiple access method used is carried out across radio cells. This is done taking into account the radio transmission channel properties and taking into account the instantaneous interference situation in a cellular environment.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Synchronisation eines in Funkzellen aufgeteilten Funkkommunikationssystems, bei dem mittels Zeit- schlitzvielfachzugriffsverfahren Daten übertragen werden und bei dem jede Funkzelle eine Basisstation zur Funkversorgung mehrerer der Funkzelle zugeordneter Mobilstationen aufweist, dadurch gekennzeichnet, - dass eine Basisstation neben Mobilstationssignalen der eigenen Funkzelle auch Mobilstationssignale aus benachbarten Funkzellen empfängt, - dass die Basisstation anhand der Mobilstationssignale eine Mobilstationsanzahl bestimmt und diese mit mindes- tens einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht, - dass bei einem Unterschreiten von mindestens einem Schwellwert ein erstes Synchronisationsverfahren zur Synchronisation der Basisstation und der zugeordneten Mobilstationen verwendet wird, das einem zugeordneten Übertragungsstandard des Funkkommunikationssystems entspricht, und - dass bei einem Überschreiten von mindestens einem Schwellwert ein zweites Synchronisationsverfahren zur Synchronisation der Basisstation und der zugeordneten Mobilstationen verwendet wird, das auf eine regelmäßige Übertragung von Synchronisationsinformationen zwischen Basisstation und Mobilstation verzichtet.1. A method for synchronizing a radio communication system divided into radio cells, in which data is transmitted using time slot multiple access methods and in which each radio cell has a base station for the radio supply of several mobile stations assigned to the radio cell, characterized in that - in addition to mobile station signals of the own radio cell, a base station also has mobile station signals receives from neighboring radio cells, - that the base station uses the mobile station signals to determine a number of mobile stations and compares them with at least one predefined threshold value, - that if the value falls below at least one threshold value, a first synchronization method is used to synchronize the base station and the assigned mobile stations, which corresponds to an assigned transmission standard of the radio communication system, and - that when a threshold value is exceeded, a second synchronization ver drive for synchronization of the base station and the assigned mobile stations is used, which dispenses with a regular transmission of synchronization information between the base station and mobile station.
2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, - dass beim zweiten Synchronisationsverfahren eine Basisstation aus den empfangenen Mobilstationssignalen einen Zeitsynchronisationswert und einen Frequenzsynchronisa- tionswert bestimmt, auf die sich die Basisstation synchronisiert, - dass beim zweiten Synchronisationsverfahren eine Mobilstation neben Basisstationssignalen der eigenen Funkzel- le auch Basisstationssignale aus benachbarten Funkzellen empfängt, - dass beim zweiten Synchronisationsverfahren die Mobilstation aus den empfangenen Basisstationssignalen einen Zeitsynchronisationswert und einen Frequenzsynchronisa- tionswert bestimmt, auf die sich die Mobilstation synchronisiert, und - dass Basisstationen benachbarter Funkzellen Funkübertragungsressourcen eines Vorrats verwenden, der den Basisstationen zur Datenübertragung gemeinsam zugeordnet ist.2. The method according to claim 2, characterized in that - in the second synchronization method, a base station receives a time synchronization value and a frequency synchronization from the received mobile station signals. determined to which the base station synchronizes, - that in the second synchronization method a mobile station receives base station signals from its own radio cell as well as base station signals from neighboring radio cells, - that in the second synchronization method the mobile station determines a time synchronization value and a frequency synchronization value from the received base station signals , to which the mobile station synchronizes itself, and - that base stations of adjacent radio cells use radio transmission resources from a pool which is jointly assigned to the base stations for data transmission.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim zweiten Synchronisationsverfahren die Basisstationen Zeitschlitze von gemeinsam zugeordneten Trägerfrequenzen als Funkübertragungsressourcen verwenden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in the second synchronization method, the base stations use time slots of commonly assigned carrier frequencies as radio transmission resources.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim zweiten Synchronisationsverfahren mindestens zwei benachbarte Basisstationen (BTSl, BTS3) gleichzeitig und gemeinsam einen Zeitschlitz (TS5) einer Trägerfrequenz (f5) zur Funkversorgung einer jeweils zugeordneten Mobilstation (T14, T32) verwenden und der Zeitschlitz (TS5) unter Berücksichtigung einer Interferenzsituation im Zeitschlitz (TS5) aus den gemeinsam zugeordneten Funkübertragungsressourcen ausgewählt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the second synchronization method at least two adjacent base stations (BTS1, BTS3) simultaneously and together use a time slot (TS5) of a carrier frequency (f5) for radio coverage of a respectively assigned mobile station (T14, T32) and the time slot (TS5) is selected from the commonly assigned radio transmission resources, taking into account an interference situation in the time slot (TS5).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim zweiten Synchronisationsverfahren sowohl die Basisstation als auch die Mobilstation teilnehmerspezifisch verwendete Trägerfrequenzen und Zeitschlitz-Sendezeitpunkte nachregelt .5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the second synchronization method, both the base station and the mobile station Readjusted carrier frequencies and timeslot transmission times used for specific subscribers.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Basisstation und/oder an der Mobilstation Gleichkanalstörungen mittels Interferenzunterdrückungsverfahren minimiert werden.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at the base station and / or on the mobile station co-channel interference are minimized by means of interference suppression methods.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass basisstationsseitig Funkübertragungsressourcen derart zugeordnet werden, dass Gleichkanalstörungen bei benachbarten Funkzellen minimiert werden.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that radio transmission resources are allocated on the base station side in such a way that co-channel interference in neighboring radio cells is minimized.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Funkkommunikationssystem ein OFDM-Funkübertragungsverfahren verwendet wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an OFDM radio transmission method is used in the radio communication system.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Funkkommunikationssystem ein TDD- oder ein FDD-Funkübertragungsverfahren verwendet wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a TDD or an FDD radio transmission method is used in the radio communication system.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim zweiten Synchronisations- verfahren eine Zeitabweichung durch Korrelation bestimmt wird und eine Frequenzabweichung durch Ermittlung einer Phasenrotation aufeinanderfolgender Symbole nach einer Transformation in den Frequenzbereich bestimmt wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the second synchronization method, a time deviation is determined by correlation and a frequency deviation is determined by determining a phase rotation of successive symbols after a transformation into the frequency range.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Synchronisationsverfahren ohne zusätzliche Signalisierung mittels einer höhe- ren Protokollschicht zwischen Basisstation und zugeordneter Mobilstation durchgeführt wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the second synchronization method without additional signaling by means of a high ren protocol layer between base station and assigned mobile station is performed.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl des Synchronisationsverfahrens mittels einer durch einen Schwellwertbereich festgelegten zeitabhängigen Hysterese-Funktion durchgeführt wird. 12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the selection of the synchronization method is carried out by means of a time-dependent hysteresis function defined by a threshold value range.
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