NL9320018A - Communicatiebeheersingstechniek voor een radiotelefoniestelsel met microcellen. - Google Patents

Description

Reg.Nr. 145455 HJT/KP

Communicatiebeheersingstechniek voor een radiotelefonie-stelsel met microcellen.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een besturingstechniek voor een radiotelefoniecommunica-tiestelsel, en meer in het bijzonder op een besturingstechniek voor een draadloos communicatiestelsel.

Voortgaande groei in de telecommunicatie leidt tot toenemende belasting van de capaciteit van cellulaire stelsels. Het beperkte frequentiespectrum dat beschikbaar gemaakt is voor cellulaire communicatie vereist dat cellulaire stelsels een toegenomen netwerkcapaciteit hebben en aangepast kunnen worden aan verschillende toestanden van het communicatieverkeer. Hoewel de introductie van digitale cellulaire stelsels een toegenomen mogelijke stelselca-paciteit heeft, zijn deze toenamen op zichzelf onvoldoende zijn om de toegenomen vraag naar capaciteit en radiobedek-king te bevredigen. Andere maatregelen voor het vergroten van de stelselcapaciteit, zoals het verkleinen van de afmeting van cellen in hoofdstedelijke gebieden, kunnen noodzakelijk worden teneinde te voldoen aan de toenemende vraag.

Interferentie tussen communicatie in cellen die zich nabij elkaar bevinden veroorzaakt bijkomende problemen, in het bijzonder wanneer verhoudingsgewijs kleine cellen toegepast worden. Daarom zijn technieken voor het minimaliseren van interferentie tussen cellen noodzakelijk. Eén bekende techniek is het in "clusters" groeperen van de cellen. Binnen individuele clusters worden communi-catiefrequenties toegewezen aan bepaalde cellen op een wijze die de uniforme afstand tussen cellen in verschillende clusters die dezelfde communicatiefrequenties gebruiken poogt te maximaliseren. Deze afstand kan de afstand van "frequentiehergebruik" genoemd worden. Wanneer deze afstand toeneemt, wordt de interferentie tussen een cel die een communicatiefrequentie gebruikt en een veraf gelegen cel die dezelfde frequentie gebruikt gereduceerd.

Radiobasisstations zijn vaak opgesteld nabij het centrum van elke cel teneinde radiobedekking over het gebied van de cel te verschaffen. Als alternatief kan een radiobasisstation gelokaliseerd zijn nabij het centrum van drie aangrenzende "sectorcellen" teneinde deze cellen af te dekken. De keuze tussen een gesectoriseerd of niet-gesectoriseerd stelsel is gebaseerd op verschillende economische overwegingen zoals de apparatuurkosten voor elk basisstation.

Gelokaliseerde microcellen en picocellen kunnen worden geplaatst binnenin daaroverheen liggende macrocel-len voor het behandelen van gebieden met verhoudingsgewijs dichte concentraties mobiele gebruikers, welke soms "hotspots" genoemd worden. Microcellen kunnen typisch worden ingesteld voor hoofdverkeerswegen zoals wegkruisingen of straten, en een reeks microcellen kan afdekking verschaffen van belangrijke verkeersaders zoals autosnelwegen. Microcellen kunnen eveneens worden toegewezen aan grote gebouwen, luchtvelden, en winkelgalerijen. Picocellen zijn gelijk aan microcellen, maar bedekken normaliter een kan-toorgang of een verdieping van een wolkenkrabber. De term "microcellen" wordt in deze aanvrage gebruikt voor het aanduiden van zowel microcellen als picocellen, en de term "macrocellen" wordt gebruikt voor het aanduiden van de buitenste laag van een cellulaire structuur. Een "para-plucel" kan een macrocel of een microcel zijn zo lang er een cel onder de paraplucel ligt. Microcellen staan toe dat bijkomende communicatiekanalen gelokaliseerd zijn in de nabijheid van de werkelijke behoefte, waarbij de celca-paciteit vergroot wordt onder handhaving van lage interfe-rentieniveau1s.

Het ontwerp van toekomstige cellulaire stelsels zal op gelijke wijze macrocellen, binnenin een gebouw gelegen microcellen, buiten gelegen microcellen, openbare microcellen en beperkt toegankelijke microcellen omvatten.

Macrocelparaplulokaties bedekken typisch een straal groter dan 1 km en bedienen snel bewegende gebruikers, bijvoorbeeld mensen in automobielen. Microcellokaties hebben doorgaans een laag vermogen, en een klein radiobasisstati-on dat in de eerste plaats langzaam bewegende gebruikers zoals voetgangers behandelt. Elke microcellokatie kan worden gezien als een uitgebreid basisstation dat verbonden is met een macrocellokatie door digitale radiotrans-missie of optische vezels.

Bij het ontwerp van een microcelcluster, is het noodzakelijk spectrum aan de microcellen toe te wijzen. Dit kan op verscheidene wijzen gedaan worden, bijvoorbeeld kunnen microcellen spectrum van verafgelegen macrocellen hergebruiken; kan een gedeelte van het beschikbare spectrum exclusief voor microcelgebruik worden toegewezen; of kan een microcel spectrum lenen van een paraplumacrocel.

Bij het exclusief toewijzen van spectrum aan de microcellen, wordt een gedeelte van het beschikbare spectrum exclusief gereserveerd voor de microcellen en is dit niet beschikbaar voor macrocellen. Het lenen van spectrum betreft het nemen van frequenties die beschikbaar zijn voor een overdekkende macrocel voor microcelgebruik.

Elk van deze kanaaltoewijzingsmethoden heeft bijbehorende voordelen en nadelen. Hergebruik van kanalen van veraf gelegen macrocellen brengt weinig vermindering van de capaciteit van de macrocelstructuur met zich mee. Hergebruik is echter niet altijd uitvoerbaar vanwege co-kanaalinterferentie tussen de microcellen en macrocellen.

Door het exclusief toewijzen van spectrum aan de microcel, wordt interferentie tussen cellagen (microcel en macrocel) gereduceerd, aangezien elke co-kanaalinterfe-rentie tussen microcellen plaatsvindt, niet tussen macrocellen en microcellen. Bij het toewijzen van spectrum aan een microcel, wordt dat spectrum afgenomen vanaf het gehele macrocelstelsel in een zeker gebied, bijvoorbeeld een stad. Dat spectrum is aldus niet beschikbaar voor macrocelgebruik. Dientengevolge wordt de capaciteit, in een gebied dat slechts enkele microcellen omvat, negatief beïnvloed aangezien de microcellen slechts een klein gedeelte van het oppervlak in het macrocelgebied afdekken terwijl de macrocel, met een gereduceerde hoeveelheid beschikbaar spectrum, een aanzienlijk oppervlak moet bedekken. Niettegenstaande kunnen capaciteitsproblemen, wanneer het aantal microcellen toeneemt en het slechts door de macrocel afgedekte oppervlak afneemt, die verbonden zijn met het exclusief toewijzen van spectrum gereduceerd worden en kan een totale nettowinst in algehele stelselcapaciteit worden bereikt zonder blokkering in de macrocellen te introduceren.

Het lenen van kanalen van een paraplumacrocel levert, evenals hergebruik, mogelijke co-kanaalinterferen-tie op tussen microcellen en macrocellen. Bovendien kan de capaciteit negatief beïnvloed worden omdat een efficiënte spectrumtoewijzing vaak onmogelijk is. Het kan bijvoorbeeld moeilijk zijn alle hot-spots in een cel tegelijkertijd te benaderen wanneer spectrum wordt geleend of toegewezen. Een voordeel van het lenen van spectrum is dat het gehele macrocelstelsel niet beïnvloed wordt, in tegenstelling tot hetgeen het geval is bij het exclusief toewijzen van spectrum, aangezien slechts spectrum dat aan een overdekkende macrocel is toegewezen geleend wordt en geen spectrum van het gehele stelsel. Aldus kunnen andere macrocellen hetzelfde spectrum gebruiken dat door een microcel van zijn overdekkende macrocel geleend is.

Verder moet, bij het clusterontwerp, toegekend spectrum over individuele microcellokaties worden verdeeld. Bekende methoden die toegepast worden voor spec-trumtoekenning omvatten vaste frequentieplanning, dynamische kanaaltoekenning ("dynamic channel allocation" DCA) , en aanpassende kanaaltoekenning ("adaptive channel allocation" - ACA). Verder moet een besturingskanaalbe-heersingstechniek gekozen worden. Eén mogelijkheid brengt met zich mee elke cel of sector in een gesectoriseerd stelsel een uniek besturingskanaal te laten gebruiken totdat frequentieherbruik met inachtneming van interferentie haalbaar is.

Met de introductie van microcellen kan de planning van radionetwerken ingewikkelder worden. Het planningsproces is in hoge mate afhankelijk van de structuur van de microcellen. De afmetingen van straten, winkelgalerijen en gebouwen zijn bijvoorbeeld belangrijke ontwerp-criteria. Microcellen lijden onder een reeks problemen waaronder een toegenomen gevoeligheid voor verkeersvaria-ties, interferentie tussen microcellen, en moeilijkheden bij het voorspellen van verkeersintensiteiten. Zelfs indien een vast radiotelefoniecommunicatiestelsel succesvol gepland zou kunnen worden, kan een verandering in stelselparameters zoals het toevoegen van een nieuw basisstation teneinde ruimte te bieden aan een toegenomen vraag naar verkeer het opnieuw ontwerpen van het gehele stelsel vereisen. Hierdoor heeft de introductie van microcellen voordeel van een stelsel waarin de kanaaltoewijzing zich zowel aan verkeersomstandigheden als aan interferentie— omstandigheden aanpast.

Eén van de belangrijkste doelen die verbonden zijn met microcellen is het minimaliseren van de frequen-tieplanning in FDMA- en TDMA-stelsels of vermogensplanning in een CDMA-stelsel. De karakteristieken van radiovoort-planting die afhankelijk zijn van omgevingsoverwegingen (bijvoorbeeld onregelmatigheden in het terrein en het landoppervlak) en interferentie zijn moeilijk voorspelbaar in een microcellulaire omgeving, waardoor frequentie- of vermogensplanning zeer moeilijk of onmogelijk wordt. Een oplossing is het gebruik van een ACA-schema dat geen vast frequentieplan vereist. Overeenkomstig een uitvoering van deze methode, kan elke cellokatie elk kanaal in het stelsel gebruiken bij het toekennen van een radiokanaal aan een oproep. Kanalen worden onvertraagd aan oproepen toegewezen, afhankelijk van de bestaande verkeerssituatie en de bestaande interferentiesituatie. Een dergelijk stelsel kan echter duur zijn aangezien gemiddeld meer kanaaleenhe- den geïnstalleerd moeten worden.

Verscheidene voordelen worden met ACA bereikt. Er is bijna geen hoofdtransmissie-efficiëntieverlies aangezien elke cel elk kanaal kan gebruiken. Aldus is het mogelijk cellen te gebruiken met zeer weinig kanalen zonder netwerkefficiëntie te verliezen. Verder wordt het hergebruik van kanalen bestuurd door gemiddelde interfe-rentievoorwaarden in tegenstelling tot de toestand in het slechtste geval.

Verscheidene ACA-schema's pogen de verkeerscapaciteit te verbeteren en vermijden de noodzaak tot frequen-tieplanning. Terwijl sommige stelsels gematigd effectief zijn geweest bij het bereiken van deze doelen, is het zeer moeilijk gebleken beide doelen volledig te bereiken in een stelsel met vooraf toegewezen besturingskanalen, dat wil zeggen een stelsel met gespecificeerde frequenties waarop een mobiel station een besturingskanaal kan verwachten (een radiofrequent kanaal bij 30 kHz dat besturingssigna-len bevat). Stelsels met vooraf toegewezen besturingskanalen omvatten AMPS (Advanced Mobile Phone Service System), IS-54 (revisie B) en TACS (Total Access Communication System). In dergelijke stelsels, is frequentieplanning nog steeds noodzakelijk voor besturingskanalen. Frequentieplanning kan echter worden vermeden en verkeerscapaciteit verbeterd door het elimineren van de noodzaak een aantal spraakkanalen te plannen op elke lokatie in een gebied waar verkeerskanalen naar verwachting niet-uniform verdeeld zullen zijn.

In vele stelsels zal de capaciteit van de besturingskanalen van de microcellen eerder beperkend werken dan die van de spraakkanalen. Bijvoorbeeld worden, in een 7/21-celontwerp dat gewoonlijk wordt toegepast in het AMPS-stelsel, frequenties toegekend teneinde te verzekeren dat cellen die dezelfde frequentie gebruiken over een hergebruiksafstand gescheiden zijn die de interferentie onder zekere voorafbepaalde criteria houdt voor bijvoorbeeld de verhouding van draaggolf tot interferentie ("Car- rier to interference" - C/I). In een 7/21-macrostelsel, is het spectrum van elk cluster verdeeld in eenentwintig frequentiegroepen, waarbij elke groep een aantal kanalen omvat die verschillend zijn voor elke andere groep. Er zijn zeven lokaties, elk met drie sectoren in een 7/21-ontwerp. Elke sector wordt aan één frequentiegroep toegewezen. In het gebied buiten de zeven lokaties wordt de frequentie hergebruikt, dat wil zeggen dat dezelfde frequenties opnieuw gebruikt mogen worden in aangrenzende clusters.

In een typisch cellulair 7/21-stelsel, vertegenwoordigt elk basisstation een lokatie en elke cel vertegenwoordigt een sector. Een microcel die zich in een paraplucel bevindt, is niet in staat dezelfde frequentie te gebruiken als de paraplucel tenzij er een zeer hoog doordringingsverlies is naar een gebied binnenin de microcel. Daarom moet het spectrum van de microcel hergebruikt worden vanaf een afgelegen macrocel, geleend worden van de paraplucel, of exclusief daartoe bestemd worden vanaf het voor het cellulaire stelsel beschikbare spectrum.

Bij het hergebruik van spectrum van een afgelegen microcel, is het aantal macrocellen waarvan frequenties hergebruikt kunnen worden, gebaseerd op de radio-voortplantingsomgeving (dat wil zeggen het terrein tussen de cellen) en de interferentiecriteria. De hergebruiksaf-stand is zodanig ontworpen, dat co-kanaalinterferentie beperkt wordt tot acceptabele waarden. In het AMPS-stelsel is het gewenste signaal bijvoorbeeld bij voorkeur 10 tot 100 keer zo groot als het interfererende signaal.

Naast hergebruik van spectrum vanaf een afgelegen macrocel in een microcel, en onder aanname dat geen spectrum exclusief is toegewezen, wat in het algemeen hergebruikstoekenning ("Reuse assignment") genoemd wordt, bestaan er twee andere hergebruiksprocessen, één voor het gehele macrostelsel en één waarin het toegewezen spectrum hergebruikt wordt binnen het gebied (cluster) van het microstelsel. Indien het mogelijk is spectrum van de macrocel aan de microcel toe te wijzen vanaf slechts twee afgelegen macrocellen, zal het microcelgebied, door interferentie, slechts twee besturingskanalen hebben. Het aantal spraakkanalen hangt er vanaf hoeveel spraakkanalen aan deze bijzondere macrocellen toegekend zijn. In stelsels die momenteel worden toegepast in de Verenigde Staten (de "cellulaire band" met twee operateurs) zijn er ongeveer vierhonderd kanalen beschikbaar per stelsel. De gemiddelde macrocel (sector) in een 7/21-ontwerp heeft ongeveer achttien spraakkanalen. Daarom zijn er, aan het begin van het ontwerpproces voor het microcelgebied, zesendertig spraakkanalen en twee besturingskanalen.

Een omnicelstelsel gebruikt één basisstation voor elke cel. In een omnicelstelsel, bijvoorbeeld een 12/12-stelsel, kan de interferentieverdeling verschillen van die van het 7/21-stelsel. In zekere werkingsomgevingen in de microcel, kan het mogelijk zijn bijvoorbeeld een hergebruiksontwerp met twaalf lokaties te hebben, aangezien dezelfde kwaliteitsaspecten bereikt moeten zijn. Zesendertig spraakkanalen met vast frequentie-ontwerp op een hergebruiksontwerp met twaalf lokaties kan leiden tot drie kanalen per lokatie. De zesendertig spraakkanalen kunnen worden toegekend aan een andere verzameling lokaties die grenst aan de eerste twaalf lokaties, maar er zijn slechts twee besturingskanalen. Een hergebruiksontwerp met twee lokaties in een tweedimensionaal clusterge-bied is het resultaat, waarin dezelfde frequentie in naburige cellen gebruikt wordt. In dit voorbeeld kunnen slechts twee cellen worden geïnstalleerd. Aldus kunnen de kwaliteitscriteria voor het bovenbesproken voorbeeld dat een minimaal hergebruiksontwerp van twaalf cellen vereist niet vervuld worden voor het bereiken van een voldoende kwaliteit van de radioverbinding. Dienovereenkomstig kunnen dergelijke microcelkanaalstelsels beperkt zijn door hun besturingskanalen, dat wil zeggen dat het bedoelde celcluster niet behoorlijk kan werken omdat de besturingskanalen gestoord zullen zijn door co-kanaalinterferentie.

Een mogelijke oplossing voor dit probleem is het vergroteng van de afmeting van microcellen door bijvoorbeeld het vermogen te vergroten, zodat twee microcellen voldoende radiodekking verschaffen. In overeenstemming met deze oplossing, is hergebruik van het spectrum niet langer vereist onder aanname dat radiodekking en niet capaciteit het belangrijkste doel is bij het ontwerp van het micro-celgebied. Dit kan echter onmogelijk zijn omdat interferentie tussen de microcellen en macrocellen acceptabele niveau's kan overschrijden. Om dit probleem te overwinnen kunnen twee microcellen gebruikt worden in combinatie met vele antennes in een verdeeld antennestelsel. Hierdoor kan het dekkingsoppervlak zich over het microcelclustergebied uitstrekken zonder een hoog onderling transmissievermogen te vereisen, aangezien de mobiele stations aan de rand van een cel zich dichter bij een van de antennes zullen bevinden in vergelijking met het geval van een enkelvoudig antennestelsel.

Dit type uitwerking heeft beperkingen. Aanvullende RF-bekabeling is noodzakelijk, wat leidt tot verzwakte signalen. Indien het microcelstelselgebied groot is, kan er onvoldoende vermogen over zijn bij de afgelegen antenne. Op zijn beurt zou dit een dure hoogvermogenver-sterker in het basisstation vereisen. Bovendien moeten, wanneer hoogvermogenzenders in het basisstation compenseren voor kabelverliezen, mobiele stations eveneens met hoog vermogen zenden om het kabelverlies te overwinnen. Daarom is er weinig drang de vermogensversterker in het basisstation te ontwerpen voor het toestaan van hogere transmissie dan het vermogen dat door het mobiele station (AMPS, handformaat, 0,6 Watt) in de opwaartse verbinding wordt uitgezonden, waarbij rekening gehouden wordt met versterking (4 tot 7 dB) die toegeschreven kan worden aan antennediversiteit bij een typisch basisstation. Eén nadeel van dergelijke stelsels is, dat mobiele stations worden gedwongen met verhoudingsgewijs meer vermogen te zenden, waarbij de levensduur van de batterij in een mobiel station bekort wordt en één van de redenen voor het introduceren van microcellen ondermijnd wordt. Meer in het bijzonder hebben mobiele stations met hoog vermogen een grotere waarschijnlijkheid dat ze interfereren met macro-cellen die hetzelfde spectrum gebruiken tenzij de microcellen een exclusief toegewezen spectrum gebruiken.

Als alternatief kan een stelsel dat gebruik maakt van verdeelde vermogensversterkers in combinatie met optische vezels gebruikt worden. Volgens een dergelijk stelsel zou een afgelegen besturingseenheid een lichtsignaal overzenden dat versterkt zou worden. Het signaal zou lokaal ontvangen worden waar het weer in een radiosignaal wordt omgevormd. Verliezen in verband met bekabeling kunnen in een stelsel dat optische vezels gebruikt geminimaliseerd worden omdat de signalen niet zeer vaak hoeven te worden versterkt en in de meeste typische gevallen helemaal niet. Verder verschaft een optisch vezelstelsel een grotere flexibiliteit en kan het gemakkelijk geïnstalleerd worden. Het is echter duur een stelsel te bouwen met optische koppelorganen.

Bij het ontwerpen van een antennestelsel, het toewijzen van een spectrum voor een microcelcluster, en het selecteren van een vermogensniveau voor het zendvermo-gen in microcellen, moet met verschillende zaken rekening gehouden worden. Er dient voldoende radiodekking, bijvoorbeeld 98% te worden verschaft in het microcelgebied. Bovendien dient, indien het aan de microcelcluster toegekende spectrum hergebruikt is van een afgelegen macrocel, het vermogensniveau van de microcellen laag genoeg te zijn voor het vermijden van interferentie met de afgelegen macrocel waarvan het spectrum hergebruikt werd. Verder moet het vermogen van het besturingskanaal in de microcel eventueel sterker zijn dan het vermogen van het besturingskanaal van de overdekkende paraplumacrocel indien het mobiele station op de microcel moet afstemmen. Samengevat is het doel van een dergelijk stelsel zoveel mobiele stations als mogelijk toe te wijzen aan microcelbestu- ringskanalen door het sterker houden van die besturingska-nalen dan de besturingskanalen van de paraplumacrocel in het bedoelde microcelgebied, terwijl met een voldoende laag vermogen uitgezonden wordt om interferentie met de afgelegen macrocel te vermijden.

Vermogens- of interferentiebeperkingen kunnen leiden tot een door spraakkanalen beperkt stelsel waarbij sommige van de mobiele stations in de microcellen een sterker signaal zullen ontvangen van een overlappende macrocel. Het aantal mobiele stations dat een sterker signaal ontvangt van een overlappende macrocel zal toenemen wanneer de afstand tussen de paraplucel en de microcel kleiner is. Dientengevolge hoeft de capaciteit niet toe te nemen aangezien mobiele stations op de macrocel afgestemd zijn. Verder zou, indien het vereiste zendvermogen van de mobiele stations toeneemt, de levensduur van de batterij van de huidige draagbare apparatuur dienovereenkomstig afnemen teneinde hetzelfde prestatieniveau te handhaven. Verder kan blokkering en intermodulatievervorming optreden bij mobiele stations die zich binnen het microcelgebied bevinden, nabij het microcelbasisstation, maar waarvan het vermogen bestuurd wordt door een macrocel. Het vermogen van de mobiele stations wordt bestuurd door de paraplumacrocel en vereist meer vermogen voor het communiceren met de paraplumacrocel dan met de microcel.

Samenvatting

Conventionele stelsels kunnen zowel door hun besturingskanalen als door hun spraakkanalen beperkt zijn. Een microcelstelsel onder een macrocelstelsel kan beperkt zijn tot twee besturingskanalen zoals getoond in het hierboven uiteengezette voorbeeld. Aldus is er behoefte aan een besturingskanaalbeheersingsschema voor het doelmatig gebruiken en toewijzen van besturingskanalen.

Volgens de onderhavige uitvinding kan een bestu-ringskanaal simultaan uitgezonden worden, dat wil zeggen dat dezelfde informatie op hetzelfde moment op dezelfde frequentie kan worden uitgezonden, zodat meer dan één cel een gemeenschappelijk besturingskanaal kan gebruiken. Er zijn verschillende voorbeelden van simultaan uitzendende schema's in overeenstemming met aspecten van de onderhavige uitvinding. In één uitvoering wordt een besturingskanaal simultaan uitgezonden over twee of meer microcellen, zodat het stelsel volledig onafhankelijk is van de macro-celomgeving. De microcellen kunnen eveneens luisterorganen hebben die af gestemd zijn op het besturingskanaal van de paraplucel.

In een tweede uitvoeringsvorm wordt een besturingskanaal van een paraplucel simultaan uitgezonden met een besturingskanaal van een microcel. Aldus kan de micro-cel luister- of ontvangorganen hebben die afgestemd zijn op het besturingskanaal van de macrocel.

In nog een andere uitvoeringsvorm, kan elke microcel een luisterorgaan hebben teneinde te luisteren naar het besturingskanaal van de paraplucel en elke microcel kan eveneens zijn eigen besturingskanaal hebben dat verschilt van het besturingskanaal van de paraplucel.

Het stelsel en de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding betreffen het tot stand brengen van een verbinding tussen een basisstation en een mobiel station in een radiotelefoniestelsel met tenminste twee cellen. Tenminste twee microcellen of één microcel en een paraplucel luisteren naar een oproeptoegangsverzoek op een besturingskanaal. Bij ontvangst van een oproeptoegangsverzoek, zenden de betreffende cellen tegelijkertijd besturingsin-formatie op het besturingskanaal. Dezelfde besturingsin-formatie wordt door de uitzendende cellen op hetzelfde moment op dezelfde frequentie uitgezonden. In deze aanvrage wordt dit "simultaan uitzenden" ("simulcasting") genoemd .

In één uitvoeringsvorm, kan het besturingskanaal een zendfrequentie die is toegewezen aan een besturingskanaal van een paraplucel die de microcellen overlapt, hergebruiken. De radiobedekking van de microcellen en de radiobedekkingen van de paraplucel kunnen elkaar overlappen of kunnen in hoofdzaak niet-overlappend zijn. In een andere uitvoering, kan het besturingskanaal een zendfrequentie van een veraf gelegen macrocel hergebruiken en worden gedeeld (simultaan uitgezonden) onder tenminste twee microcellen.

Een stelsel en werkwijze voor het tot stand brengen van communicaties in een meerlaags radiotelefonie-stelsel voorzien van tenminste één microcel omvatten het ontvangen van een oproeptoegangsverzoek van de mobiele eenheid op een tweede besturingskanaal dat is toegewezen aan een microcel waarin de eerste en tweede besturingska-nalen dezelfde frequentie gebruiken. De radiobedekking van de paraplucel kan de radiobedekking van de microcel gedeeltelijk overlappen. De oproep die behoort bij het oproepverzoek kan worden toegewezen aan de microcel, bijvoorbeeld door de mobiele eenheid via het eerste bestu-ringsskanaalorgaan te instrueren op een toegankelijk spraakkanaal van de microcel voor het afhandelen van een oproep af te stemmen. De toewijzing kan er op gebaseerd zijn welke cel een hogere ontvangen signaalsterkte heeft of op andere criteria, zoals de signaalverbindingskwali-teit of ontworpen celopbouw. Verder kan een mobiele eenheid via het eerste besturingskanaalorgaan geïnstrueerd worden op een toegankelijk spraakkanaal van een andere cel waaraan de oproep moet worden toegewezen af te stemmen.

Korte beschrijving van de tekeningen

De onderhavige uitvinding zal nu in groter detail worden beschreven onder verwijzing naar voorkeursuitvoeringsvormen, die slechts bij wijze van voorbeeld gegeven worden, en geïllustreerd zijn in de bijgaande tekeningen waarin: figuur 1 een celontwerp is dat twee celclusters illustreert in een cellulair mobiel radiotelefoniestelsel, figuur 2 een typisch meerlaags cellulair stelsel illustreert dat gebruik maakt van paraplumacrocellen, microcellen en picocellen, figuur 3 een voorbeeld weergeeft van een uitvoering van een stelsel voor een microcel en een paraplucel van een radiotelefoniestelsel volgens de onderhavige uitvinding, figuur 4 een ander voorbeeld weergeeft van een uitvoering van een stelsel voor een microcel en een paraplucel van een radiotelefoniestelsel volgens de onderhavige uitvinding, en figuur 5 een techniek illustreert voor het synchroniseren van verbindingen in overeenstemming met één aspect van de onderhavige uitvinding.

Gedetailleerde beschrijving

Hoewel de volgende beschrijving binnen de context van cellulaire communicatiestelsels die werken met draagbare of mobiele radiotelefoons en/of persoonlijke communicatienetwerken gegeven wordt, zal het de vakman op dit vakgebied duidelijk zijn dat de onderhavige uitvinding kan worden toegepast op andere communicatietoepassingen.

Figuur 1 illustreert een eerste celcluster A en een tweede celcluster B die op bekende wijze deel uitmaken van een cellulair mobiel radiotelefoniestelsel. Op typerende wijze worden alle frequenties die in het stelsel beschikbaar zijn in elke celcluster gebruikt. In een individuele celcluster, worden de frequenties aan verschillende cellen toegewezen teneinde de grootste uniforme afstand te bereiken, die bekend is als de frequentieherge-bruiksafstand, tussen cellen in verschillende clusters die dezelfde frequentie gebruiken. In figuur 1, gebruiken de cellen A-^ en Bi een gemeenschappelijke frequentie; de cellen A2 en B2 gebruiken een gemeenschappelijke frequentie; en de cellen A3 en B3 gebruiken een gemeenschappelijke frequentie, enzovoort. De radiokanalen in de cellen A2 en B2 die dezelfde frequentie gebruiken worden co-kanalen genoemd omdat ze dezelfde frequentie gebruiken. Hoewel enige interferentie zal optreden tussen co-kanalen, is het niveau van dergelijke interferentie in een opstelling zoals die van figuur 1 normaliter acceptabel. Het cel-ontwerp van figuur 1 staat een verhoudingsgewijs eenvoudige frequentietoewijzing toe en verschaft een verlaagde co-kanaalinterferentie in toestanden met weinig verkeer. Zoals hierboven opgemerkt beperken de begrenzingen in gebieden met veel verkeer het gebruik van dit celontwerp. Verkeer in hot-spots kan bijvoorbeeld blokkering veroorzaken.

Figuur 2 is een voorbeeld van een meerlaags cellulair stelsel. Een paraplumacrocel 10, weergegeven door een hexagonale vorm, vormt een overlappende cellulaire structuur. Elke paraplucel kan een onderliggende micro-celstructuur bevatten. De radiobedekking van de paraplucel en een onderliggende microcel kunnen elkaar overlappen of kunnen in hoofdzaak niet-overlappend zijn. De paraplucel 10 bevat microcellen 20, weergegeven door het gebied omsloten door de gestippelde lijn, en microcellen 30, weergegeven door het gebied omsloten door de onderbroken lijn, die overeenkomen met gebieden langs de straten van een stad, en microcellen 40, 50 en 60, die individuele verdiepingen van een gebouw bedekken. Het kruispunt van de twee stadsstraten dat bedekt wordt door de microcellen 30 en 40 kan een gebied van dichte verkeersconcentratie zijn, en kan dus een hot-spot vormen.

Kort gezegd, worden besturingskanalen gebruikt voor het opzetten van oproepen, waarbij ze de basisstations informeren over de lokatie en parameters die behoren bij mobiele stations, en waarbij ze de mobiele stations informeren over de lokatie en parameters die behoren bij het basisstation. De basisstations luisteren naar oproep-toegangsverzoeken door mobiele stations en de mobiele stations op hun beurt luisteren naar personenoproepbood-schappen. Wanneer een oproepbenaderingsboodschap ontvangen is, moet worden bepaald welke cel verantwoordelijk dient te zijn voor de oproep. In het algemeen wordt dit bepaald door de signaalsterkte van het mobiele station die ontvangen wordt bij nabijgelegen cellen. Vervolgens wordt de aangewezen cel, bijvoorbeeld door het mobielschakelcentrum (MSC) geïnstrueerd op een beschikbaar spraakkanaal af te stemmen dat wordt toegewezen uit de verzameling spraak-kanalen die toegankelijk zijn voor de toegewezen cel.

Het frequentie-ontwerp kan worden geminimaliseerd door het besturingskanaal gelijktijdig uit te zenden, waarbij een groep microcellen dezelfde informatie uitzendt op hetzelfde tijdstip op dezelfde frequentie. Dit wordt vaak macrodiversiteit genoemd. In tegenstelling tot hetgeen het geval is bij andere methoden, wordt slechts het besturingskanaal gedeeld door de basisstations.

Macrodiversiteit wordt toegepast teneinde de ontvangstprestaties te verbeteren. Door het gelijktijdig uitzenden van het besturingskanaal, is het niet noodzakelijk het besturingskanaal in te plannen. Verder kunnen de microcelstelsels in capaciteit beperkt zijn in het aantal besturingskanalen die gebruikt kunnen worden in plaats van in het aantal spraakkanalen, zoals bijvoorbeeld AMPS. Teneinde het besturingskanaalprobleem te verlichten, wordt, volgens één uitvoering van de onderhavige uitvinding, één besturingskanaal vanuit een aantal cellen uitgezonden. Met andere woorden, één besturingskanaal kan gelijktijdig naar en/of van verschillende basisstations worden uitgezonden. Het kan ook mogelijk zijn een aantal of slechts één microcel te gebruiken, zoals hiervoor besproken bij de beschouwing van de besturingskanaalbeper-kingen. Het voorontwerp dat voor de bouw vereist is, bijvoorbeeld het bepalen van de lokatie van de microcel teneinde de doelen van het stelsel het best te bereiken, kan echter aanzienlijk toenemen.

In een macrocellulaire omgeving, in het bijzonder één die binnenin een gebouw gelegen microcellen omvat, kan het gelijktijdig uitzenden van een besturingskanaal heilzaam zijn. De problemen verbonden met het vermogens-ontwerp, dat wil zeggen de signaalsterkte die noodzakelijk is voor het vermijden van interferentie, kunnen bijvoorbeeld gereduceerd worden. Aangezien minder besturingskana-len bij het gelijktijdig uitzenden kunnen worden gebruikt, kan de waarschijnlijkheid dat een besturingskanaal van een microcel en een besturingskanaal van een macrocel interfereren die vaak aanwezig is in een macrocel/microcel-herge-bruiksschema aan de rand van een in een gebouw gelegen microcel gereduceerd worden. Verder kan het gelijktijdig uitzenden bij een beperkte kanaalcapaciteit theoretisch het aantal kanalen dat moet worden aangewezen als bestu-ringskanalen reduceren. In sommige stelsels, zoals AMPS, echter, is dit in de praktijk niet mogelijk aangezien een vast aantal kanalen reeds is aangewezen als besturingska-nalen.

In een voorbeeld van een stelsel dat achttien microcellen vereist voor het bedienen van een hot-spot onder gebruikmaking van een hergebruiksontwerp met twaalf lokaties, gebruiken alle twaalf basisstations in een cluster verschillende frequentiekanalen. Zes van die basisstations moeten echter hetzelfde spectrum delen met de overblijvende zes microcellen (basisstation) die zich in een andere incomplete cluster bevinden. Een enkel besturingskanaal kan gelijktijdig worden uitgezonden vanaf elk basisstation. Overwegingen met betrekking tot de capaciteit zoals benaderingen en personenoproepen op het besturingskanaal kunnen vereisen, dat twee besturingskana-len gebruikt worden en worden toegewezen aan, bijvoorbeeld, negen microcellen die elk met hergebruik werken vanaf twee afgelegen macrocellen.

Voor een met vaste frequenties ontworpen stelsel met zesendertig spraakkanalen beschikbaar, dat een hergebruiksontwerp met twaalf lokaties gebruikt, kunnen aan elke microcel drie kanalen worden toegekend. Bij ACA of DCA wordt echter geen vast aantal spraakkanalen aan elke microcel toegekend. Elk basisstation zal door zendmidde- len, ontvangmiddelen en communicatieverbindingen de mogelijkheden hebben kanalen die de drie kanalen overschrijden af te handelen. De beste prestatie kan worden bereikt indien elk basisstation alle spraakkanalen kan afhandelen, dat wil zeggen zesendertig spraakkanalen, in IS-54 zesendertig frequenties met drie tijdruimten elk. Desalniettemin kan het ontwerpen van elk basisstation voorzien van alle spraakkanalen kostbaar zijn. Teneinde de haalbaarheid van een dergelijke opstelling te bepalen, moet de marginale capaciteitswinst van een stelsel met toegevoegde kanalen beschikbaar voor elk basisstation na het gemiddelde aantal bruikbare kanalen vergeleken worden met de kosten van de apparatuur die noodzakelijk is voor het bouwen van een dergelijk stelsel. Een kanaal is bruikbaar indien het in staat is een voldoende verbindingskwaliteit voor alle oproepen in stand te houden.

ACA kan, afhankelijk van zijn uitvoering, de verkeerscapaciteit typisch met een factor van 1,5 tot 5 verbeteren. In het hierboven gegeven voorbeeld, kan een enkele microcel, indien een factor 2 geselecteerd is, gemiddeld zes kanalen tegelijkertijd gebruiken. Gewoonlijk is een gemiddelde van zes kanalen per microcel voldoende voor het afhandelen van het verkeer voor het betreffende hot-spot-gebied. Natuurlijk kan het aantal kanalen van cel tot cel variëren, bijvoorbeeld kan één cel gemiddeld drie kanalen hebben en een andere negen, zodat blokkering onder een zeker ontwerperiterium, zoals 2% van de tijd, gehouden wordt. De bijkomende kosten voor het vergroten van de gemiddelde kanaalcapaciteit van elke microcel tot veel meer dan zes kanalen zijn echter waarschijnlijk niet economisch. De sleutel van een dergelijk ontwerp is het punt te vinden waarop het rendement afneemt bij het opstellen van een gemiddelde kanaalcapaciteit per cel.

Overeenkomstig de onderhavige uitvinding, kunnen de paraplumacrocel en de microcel dezelfde frequentie gebruiken als besturingskanalen. Zowel de macrocel- als de microcelbasisstations omvatten een zendend gedeelte en een ontvangend gedeelte die overeenkomen met het gedeelde besturingskanaal. Eén van de microcelontvangers luistert op het besturingskanaal dat aan de macrocel is toegewezen. De microcel en macrocel zenden informatie naar het MSC over alle succesvol ontvangen benaderingen. Wanneer het MSC een benaderingsboodschap ontvangt, bepaalt het aan welke cel het mobiele station moet worden toegewezen. Het mobiele station wacht op een antwoord op het gedeelde besturingskanaal. Daarom zendt het MSC een boodschap naar het mobiele station op het gedeelde besturingskanaal die een instructie bevat om af te stemmen op een spraakkanaal dat deel uitmaakt van de toegewezen celkanaallijst.

Er zijn enkele toepassingsbeperkingen verbonden met deze uitvoeringsvorm. Indien vele microcelclusters zich in dezelfde paraplumacrocel bevinden, beperkt de capaciteit van het besturingskanaal (benaderingen en personenoproepen) de stelselcapaciteit. Onder aanname dat 25% van de microcel wordt afgedekt door radiofrequenties van de paraplumacrocel, zullen meer dan 25% van de benade-ringspogingen in het microcelgebied succesvolle boodschappen met lage signaalsterkte teweeg brengen en interferentie in een voldoende mate om andere benaderingen in de macrocel te blokkeren. Deze toestand is waarschijnlijk in randgebieden van de microcel waar de radiofrequenties van de paraplumacrocel in het microceldekkingsgebied kunnen doordringen.

Indien echter de besturingskanaalfrequenties voor de microcel en de paraplumacrocel verschillen, zal de meerderheid van de mobiele stations benaderingen op het aparte microcelbesturingskanaal voortbrengen, aangezien de meerderheid van de mobiele stations in het microcelgebied op het sterkst te ontvangen besturingskanaal zal afstemmen, wat typisch het microcelbesturingskanaal is. Bij het. gebruik van dezelfde besturingskanaalfrequentie, zenden alle mobiele stations op dezelfde frequentie waarbij sommige ervan slechts de microcel bereiken, maar veroorzaken ze nog steeds interferentie met de macrocel. Dienten- gevolge kunnen benaderingsbotsingen in de macrocel optreden die de besturingskanaalcapaciteit meer dan noodzakelijk reduceren. Dit kan plaatsvinden omdat microcelbasis-stations typisch zijn uitgerust met versterkers met lager vermogen dan macrocelbasisstations, aldus is het vermogen van het microcelbesturingskanaal beperkt. Bovendien maken de aan microcelbasisstations opgelegde vermogensbeperkin-gen wanneer deze gecombineerd worden met de verzwakking die in bekabeling aanwezig is het moeilijk voor de microcelbasisstations om meer vermogen te leveren dan de macrocelbasisstations in randgebieden. Verder kan het moeilijk zijn een macrocel te synchroniseren met een microcelclus-ter in vergelijking met de synchronisatie binnenin de microcelcluster.

Elke microcel kan echter voorzien worden van een ontvangorgaan om te luisteren op het besturingskanaal dat aan de macrocel is toegewezen, naast de zender en ontvanger voor het microcelbesturingskanaal. Het macrocelbestu-ringskanaal informeert het MSC over alle succesvol ontvangen oproepbenaderingen. Aldus ontvangt het MSC dezelfde benaderingsboodschap van mobiele stations die afgestemd hebben op het macrocelbesturingskanaal zowel van de macrocel als van een van de microcellen. Het MSC weet dan dat het mobiele station aan de microcel moet worden toegewezen in plaats van aan de macrocel. Het mobiele station wacht op een boodschap van het MSC op het macrocelbesturingskanaal. Daartoe zendt het MCS de boodschap over het macrocelbesturingskanaal. Indien het mobiele station een kanaal is verleend, bevat de gezonden boodschap een instructie om op een spraakkanaal af te stemmen dat is toegekend op de kanaallijst van de toegewezen cel, bijvoorbeeld een microcel. Mobiele stations die door de microcellen bediend kunnen worden kunnen aan microcellen worden toegewezen teneinde de afname van spraakcapaciteit van de macrocel te minimaliseren. Het is duidelijk dat de oproep, indien de microcel geen frequenties beschikbaar heeft, dan kan worden toegewezen aan de macrocel.

In een stelsel waarin elke microcel een ontvanger heeft die luistert naar het macrocelbesturingskanaal, kunnen verschillende problemen optreden. Bijvoorbeeld moet het signaal, in een binnen een gebouw gelegen microcelom-geving, van de macrocel naar het mobiele station geraken teneinde juist te kunnen functioneren; dit vereist doordringing van de signalen door de wanden van structuren, die een signaal aanmerkelijk kunnen verzwakken. Dientengevolge is een luisterend besturingskanaal waarschijnlijk het best geschikt voor een buitengelegen microcelomgeving of een microcel nabij een macrocel.

Tabel 1 toont drie manieren waarop kanalen en cellen kunnen worden opgesteld overeenkomstig de onderhavige uitvinding. In uitvoeringsvoorbeeld 1, delen twee microcellen 1 en 2 hetzelfde besturingskanaal ("Control Channel" - CC) dezelfde zend- ("transmitting" - Tx) en ontvangfrequentie ("receiving" - Rx) A onafhankelijk van de zend- en ontvangfrequentie van het macrocelbesturingskanaal. In uitvoeringsvoorbeeld 2, deelt de macrocel het besturingskanaal van tenminste microcel 1 (het is duidelijk dat de frequenties voor het zenden en ontvangen verschillend kunnen zijn hoewel de kanalen dezelfde zijn, namelijk hetzelfde duplexfrequentiepaar; gepaarde frequenties zijn in AMPS over 45 MHz gescheiden). In uitvoeringsvoorbeeld 3, zijn de eerste besturingskanalen op alle cellen onafhankelijk, terwijl de ontvangstfrequentie van het tweede besturingskanaal van microcel 1 hetzelfde is als de zend- en ontvangfrequentie van het macrocelbesturingskanaal. Aldus kan de microcel 1 op het macrocelbesturingskanaal luisteren. Een cel kan zijn uitgerust met meer dan één luisterbesturingskanaal.

De voorgaande tabel van opstellingen is niet uitputtend. Andere combinaties worden beschouwd binnen het bereik van de uitvinding te liggen. Voorbeelduitvoerings-vormen 1 en 3 kunnen bijvoorbeeld gecombineerd worden waarbij het stelsel een gelijktijdig uitzendend bestu-ringskanaal omvat in elke microcel en een luisterend besturingskanaal in één of meer microcellen. Voorbeelduit-voeringsvormen 2 en 3 kunnen eveneens gecombineerd worden waarbij één of meer van de microcellen een luisterend besturingskanaal hebben. Bovendien kan een besturingskanaal gelijktijdig worden uitgezonden door een macrocel en één of meer microcellen zoals in voorbeelduitvoeringsvorm 1, en kan verder een ander besturingskanaal op elke micro- cel gelijktijdig worden uitgezonden door twee of meer microcellen.

Volgens één aspect van de onderhavige uitvinding, kunnen basisstations van de paraplumacrocellen en microcellen uitgerust zijn met verscheidene spraakkanaal-zendontvangers en één besturingskanaalzendontvanger, en naar keuze één of meer luisterende besturingsorganen. Figuur 3 geeft een blokdiagram weer van een cellulair mobiel radiotelefoniestelsel volgens een uitvoering van de onderhavige uitvinding. Het stelsel heeft twee basisstations, namelijk een basisstation 110 behorende bij een microcel en een basisstation 120 behorende bij ofwel een microcel ofwel een paraplucel. Elk basisstation heeft een besturings- en verwerkingseenheid 130 die communiceert met het mobielschakelcentrum (MSC) 140 dat op zijn beurt verbonden is met het openbare geschakelde telefoonnetwerk (niet getoond).

Elk basisstation omvat een aantal spraakkanaal-zendontvangers 150 die worden bestuurd door de besturings-en verwerkingseenheid 130. Elk basisstation omvat eveneens een besturingskanaalzendontvanger 160. De besturingskanaalzendontvanger 160 wordt bestuurd door de besturings-en verwerkingseenheid 130. Wanneer het mobiele station 170 een oproepbenaderingsverzoek doet, ontvangt elke besturingskanaalzendontvanger 160 een signaal met een zekere signaalsterkte van het uitzendende mobiele station 170. De ontvangen signaalsterkte wordt dan doorgegeven aan de besturings- en verwerkingseenheid 130 en gezonden naar het MSC 140. Het MSC 140 evalueert elke ontvangen signaalsterkte behorende bij een ontvangen oproeptoegangsverzoek en bepaalt de cel waaraan de oproep moet worden toegewezen. Het MSC 140 wijst dan het mobiele station 170 dat het oproeptoegangsverzoek doet toe aan de geëigende cel. Over het besturingskanaal met de hoogste ontvangen signaalsterkte kan een instructie naar het mobiele station 170 worden gezonden om af te stemmen op een individueel spraakkanaal van de toegewezen cel.

In de in figuur 3 getoonde uitvoeringsvorm, delen de basisstations 110 en 120 dezelfde besturingska-naalfrequentie in de opwaarts verbindende richting. Dientengevolge kan het besturingskanaal van de paraplucel en de microcel, of de twee microcellen, gelijktijdig worden uitgezonden vanuit de cellen.

Figuur 4 heeft betrekking op een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. De onderdelen in figuur 4 zijn dezelfde als die weergegeven met dezelfde verwijzingscijfers in figuur 3. In figuur 3 is een para-plucelbasisstation 180 weergegeven en een microcelbasis-station 190. Het microcelbasisstation 190 omvat een bestu-ringskanaalontvanger 200 voor het luisteren op het besturingskanaal van de paraplucel naar informatie die de inhoud van uit een mobiel station voortgekomen boodschappen bevat. De microcel bevat eveneens een besturingskanaal zendontvanger 160 die, onafhankelijk van het paraplu-celbasisstation 180 en de daarbij behorende besturingskanaal zendontvanger 160, oproeptoegangsverzoeken kan ontvangen van een mobiel station 170, bij voorkeur slechts dan, wanneer het mobiele station 170 zich binnenin het micro-celgebied bevindt.

Wanneer een mobiel station 170 een oproeptoe-gangsverzoek doet, bepaalt het allereerst op welk besturingskanaal het verzoek zal worden uitgezonden. Typisch bepaalt het mobiele station 170 welk besturingskanaal, dat zich onder de microcellen en paraplucellen bevindt, met een hogere signaalsterkte wordt ontvangen. Indien het mobiele station bepaalt dat een microcelbesturingskanaal het sterkste is, dan wordt het toegangsverzoek op dat microcelbesturingskanaal uitgezonden. Indien het mobiele station 170 echter bepaalt dat het paraplucelbesturingska-naal het sterkste is, dan wordt het toegangsverzoek over het paraplucelbesturingskanaal verzonden. In het laatste geval kan het oproeptoegangsverzoek zowel in de microcel als de paraplucel worden ontvangen op het paraplucelbesturingskanaal indien de microcel uitgerust is met een luis- terend besturingskanaal dat afgestemd is op de besturings-kanaalontvangstfrequentie van de paraplucel.

Na ontvangst van een oproepbenaderingsverzoek, zendt de ontvangende cel de informatie naar het MSC 140. Het MSC 140 wijst de oproep toe aan de microcel of een andere cel, bijvoorbeeld gebaseerd op de signaalsterkte van het mobiele station 170 die ontvangen wordt op de besturingskanalen van de cellen. Het MSC 140 instrueert het mobiele station 170 op het besturingskanaal van de cel waar vandaan de oproepbenadering was uitgevoerd om af te stemmen op een spraakkanaal van de toegewezen cel. In het bijzonder zendt het MSC 140 een boodschap die de frequentie, de tijdruimte (in tijdverdelende toepassingen), en andere informatie bevat die noodzakelijk is voor het opzetten van de verbinding van de oproep.

Wanneer besturingskanalen gelijktijdig worden uitgezonden volgens de onderhavige uitvinding, is het belangrijk de basisstations die op hetzelfde besturingskanaal uitzenden op de juiste wijze te synchroniseren. Een voorbeeld van een werkwijze die kan worden gebruikt is besproken in het Amerikaanse octrooischrift 5.088.108, getiteld "Cellular Digital Mobile Radio System And Method Of Transmitting Information In A Digital Cellular Mobile Radio System", van Uddenfeld en de onderhavige uitvinder, dat hierin door verwijzing wordt opgenomen. In figuur 5 is een MSC door middel van kabels Llf L2, ..., 1^, Ln, verbonden met een aantal basisstations, waarvan er twee, Bm en Bn, getoond zijn. Het basisstation Bm heeft een centrale eenheid die door kabels Lma en verbonden is met twee zend-ontvang-eenheden Bma en B^ die zich op een afstand vanaf de centrale eenheid bevinden. De centrale eenheid van het basisstation Bm omvat een centrale lijn- en besturingseenheid 1, zendtijdverschuivingseenheden 2A en 2B voor elke zendontvanger, ontvangsttijdverschuivingseenhe-den 3A en 3B voor elke zendontvanger en lijneenheden 4A en 4B voor elke zendontvanger.

Beide zendontvangers in het basisstation Bm omvatten evenals elke zendontvanger een lijn- en besturingseenheid 5A of 5B, zendeenheden 6A of 6B, ontvangeen-heden 7A of 7B, een zend-ontvang-fliter 8A of 8B en een antenne 9A of 9B.

Het basisstation Bn verschilt iets van het basisstation Bm, in de eerste plaats omdat zijn centrale lijn-besturingseenheid 10 met één van zijn zendontvangers Bna verbonden is. Aldus is in dit basisstation geen bekabeling, verbonden met lijneenheden die overeenkomen met 1^, Ljnk en 4A tot en met 5B, benodigd voor zendontvanger Bna. Verder zijn geen zend- of ontvangsttijdverschuivingseenhe-den in enige centrale eenheid van Bn aanwezig, maar zijn overeenkomstige eenheden 2A, 2B, 3A, respectievelijk 3B

aanwezig in zendontvangers Bna en Bnb.

Boodschappen die op het besturingskanaal worden uitgezonden naar de mobiele eenheden vanaf het MSC worden vanaf het MSC uitgezonden via de kabel 1^ naar de lijn- en besturingseenheid 1. De informatie wordt vervolgens overgebracht vanaf de lijn- en besturingseenheid 1 door de zendtijdverschuivingseenheid 2A, lijneenheid 4A, kabel en besturingseenheid 5A naar de zendeenheid 6A. De zend-eenheid 6A zendt via het zend-ontvang-filter 8A en de antenne 9A radiosignalen uit op het besturingskanaal naar de mobiele eenheden.

Die zelfde boodschapinformatie wordt eveneens overgebracht vanaf de lijn- en besturingseenheid 1 door de zendtijdverschuivingseenheid 2B, lijneenheid 4B, kabel L^, en lijn- en besturingseenheid 5B naar de zendeenheid 6B in de zendontvanger B^. Vervolgens zendt de zendeenheid 6B via het zend-ontvang-filter 8B en de antenne 9B radiosignalen op het besturingskanaal uit naar de mobiele eenheden.

De signalen van de antenne 9A in Bma arriveren bij een gegeven mobiel station in een cel met of zonder tijdverschuiving ten opzichte van overeenkomstige radiosignalen van de antenne 9B in B^. De mogelijke tijdverschuiving van de aankomst van het besturingskanaal bij een mobiele eenheid hangt af van mogelijke tijdverschuiving bij uitzending vanaf de antennes en voortsplantingstijd vanaf de antennes naar de mobiele eenheid.

De lijn- en besturingseenheid 1 bestuurt de variabele vertragingen in de zendtijdverschuivingseenheden 2A en 2B zodanig, dat de verschillen in vertraging die verband houden met de kabels Lma en L,^ en de verschillen die veroorzaakt worden door de radiovoortplantingsvertra-ging worden tegengegaan.

In stelsels met mobiele stations die werken volgens IS-54 is gelijktijdige aankomst van de radiosignalen bij de mobiele eenheid, in tegenstelling tot hetgeen het geval is bij stelsels met mobiele stations die werken volgens AMPS, gewenst noch uitvoerbaar. Reflecties vinden plaats bij de voortplanting van de radiosignalen tussen de antennes, en elke mobiele eenheid is voorzien van een zichzelf aanpassende vereffeningsschakeling om te helpen bij de reconstructie van het ontvangen signaal. Daarom is het niet noodzakelijk dat signalen gelijktijdig bij het mobiele station arriveren. In tegenstelling hiermee is er bij voorkeur een kleine tijdsverschuiving teneinde bescherming tegen Rayleigh-vervaging te verkrijgen.

Er zijn verscheidene methoden voor het besturen van de met deze uitzendingen verbonden vertraging. Bijvoorbeeld kan een schatting van de voortplantingsvertra-ging gemaakt worden, en kunnen deze, in verband met de resterende oorzaken van vertraging die verband houden met het vaste gedeelte van het stelsel, gebruikt worden voor het zodanig bijregelen van de ontvangsttijdverschuivings-eenheden 3A en 3B, dat informatie van de mobiele stations gelijktijdig bij de lijn- en besturingseenheid 1 van de bijbehorende zendontvangers Bma en B^ arriveert. Vervolgens worden de vertragingen in de zendtijdverschuivings-eenheden 2A en 2B bijgeregeld overeenkomstig de optimale vertragingen in de ontvangsttijdverschuivingseenheden 3 A en 3B.

Een andere werkwijze brengt het in het mobiele station schatten met zich mee van het verschil in aankomsttijd, of de tijdverschuiving, tussen de ontvangen radiosignalen van een zendontvanger Bma en van de andere zendontvanger B^. Codering van de radiosignalen om aan te geven van welke zendontvanger de signalen ontvangen werden is vereist. In TDMA- en CDMA-stelsels, kan men speciale synchronisatiewoorden uitzenden. RAKE-ontvangers kunnen door de mobiele eenheid gebruikt worden voor het correleren van de ontvangen signalen en het reconstrueren van de door de bijbehorende basisstations uitgezonden radioboodschap. Alhoewel het voorbeeld uitzendingen synchroniseert van twee zendontvangers bij dezelfde basisstations, kunnen uitzendingen van zendontvangers die zich bij verschillende basisstations bevinden op gelijke wijze gesynchroniseerd worden teneinde het gelijktijdig uitzenden van het bestu-ringskanaal tussen een groep cellen mogelijk te maken. Deze werkwijze kan echter niet worden toegepast voor analoge mobiele stations die werken volgens AMPS.

Binnenin een microcelcluster wordt synchronisatie, indien de macrocel geen deel uitmaakt van de gelijktijdige uitzending, gemakkelijker aangezien verschillen in vertragingen in RF-bekabeling en bijbehorende radiovoort-planting tussen basisstation en mobiel station klein zijn omdat de betreffende afstanden typisch kort zijn in verhouding tot de bitperiode van de modulatie-indeling, bijvoorbeeld tot verscheidene kilometers in AMPS. Bestaande mobiele eenheden kunnen de flexibiliteit bij het ontwerp van besturingskanaaltoekenningsschema1s beperken. De uitvoerbare vermogenscapaciteit van mobiele eenheden is op dit moment bijvoorbeeld beperkt door de afmeting van de eenheden en de karakteristieken van de energiebronnen.

Terwijl individuele belichamingen van de onderhavige uitvinding zijn beschreven en geïllustreerd, moet het duidelijk, dat de uitvinding niet daartoe beperkt is, aangezien wijzigingen kunnen worden aangebracht door de vakman op het onderhavige vakgebied. De onderhavige aanvrage beoogt alle wijzigingen die vallen binnen de hoofd- gedachte en beschermingsomvang van de onderliggende uitvinding die hierin is geopenbaard en waarvoor hierin rechten worden gevraagd.

Claims (21)

1. Werkwijze voor het tot stand brengen van een oproepverbinding tussen een basisstation en een mobiel station in een cellulair radiotelefoniestelsel voorzien van een aantal basisstations, omvattende de volgende stappen: het luisteren naar een oproeptoegangsverzoek op een besturingskanaal dat tenminste één toegekende, vooraf-bepaalde radiofrequentie heeft; het vanaf een eerste basisstation uitzenden van besturingsinformatie over het besturingskanaal; en het tegelijkertijd vanuit een tweede basisstation over het besturingskanaal uitzenden van de besturingsinformatie.

1. Werkwijze voor het tot stand brengen van een oproepverbinding tussen een basisstation en een mobiel station in een cellulair radiotelefoniestelsel, omvattende de volgende stappen: het luisteren naar een oproeptoegangsverzoek op een besturingskanaal; en het tegelijkertijd vanuit tenminste twee cellen over het besturingskanaal uitzenden van besturingsinformatie.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de eerste en tweede basisstations met een microcel en een macrocel overeenkomen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de tenminste twee cellen een microcel en een macrocel omvatten.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de eerste en tweede basisstations met eerste en tweede micro-cellen overeenkomen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, waarin de tenminste twee cellen microcellen zijn.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, waarin de tenminste één voorafbepaalde radiofrequentie aan het besturingskanaal wordt toegekend gebaseerd op één van de volgende mogelijkheden: het hergebruiken van een frequentie die is toegekend aan een besturingskanaal van een paraplucel; het lenen van een frequentie die is toegekend aan een paraplucel; en het gebruiken van een frequentie die exclusief tot dat doel bestemd wordt uit een verzameling beschikbare frequenties.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, waarin een aan het besturingskanaal toegekende frequentie op één van de volgende mogelijkheden gebaseerd is: het hergebruiken van een frequentie die is toegekend aan een besturingskanaal van een paraplucel; het lenen van een frequentie die is toegekend aan een paraplucel; en het gebruiken van een frequentie die exclusief tot dat doel bestemd wordt uit een verzameling beschikbare frequenties.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, waarin radio-dekkingsgebieden van de eerste en tweede microcellen en een radiodekkingsgebied van de paraplucel elkaar tenminste gedeeltelijk overlappen.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, waarin de radiobedekking van de tenminste twee cellen en de radiobe-dekking van de paraplucel in hoofdzaak niet-overlappend zijn.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, waarin de eerste en tweede microcellen binnenin een gebouw gelegen microcellen zijn.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, waarin de tenminste twee microcellen binnenin een gebouw gelegen microcellen zijn.

7. Werkwijze voor het tot stand brengen van communicaties in een radiotelefoniestelsel voorzien van tenminste één microcel en een paraplucel, omvattende de volgende stappen: het ontvangen van een oproeptoegangsverzoek van een mobiele eenheid op een eerste besturingskanaal dat is toegewezen aan de paraplucel, waarin het eerste besturingskanaal tenminste één voorafbepaalde radiofrequentie heeft; het ontvangen van het oproeptoegangsverzoek van de mobiele eenheid op een tweede besturingskanaal dat is toegekend aan een microcel, waarin het tweede besturingskanaal de tenminste één voorafbepaalde radiofrequentie heeft; en het via het eerste besturingskanaal aan de mobiele eenheid instrueren om af te stemmen op een beschikbaar spraakkanaal van die microcel voor het afhandelen van het oproeptoegangsverzoek.

7. Werkwijze voor het tot stand brengen van communicaties in een radiotelefoniestelsel voorzien van tenminste één microcel en een paraplucel, omvattende de volgende stappen: het ontvangen van een oproeptoegangsverzoek van een mobiele eenheid op een eerste besturingskanaal dat is toegekend aan de paraplucel; het ontvangen van het oproeptoegangsverzoek van de mobiele eenheid op een tweede besturingskanaal dat is toegekend aan een microcel, waarin het eerste besturingskanaal en het tweede besturingskanaal een voorafbepaalde frequentie gebruiken; en het via het eerste besturingskanaal aan de mobiele eenheid instrueren om af te stemmen op een beschikbaar spraakkanaal van die microcel voor het afhandelen van het eerste oproeptoegangsverzoek.

8. Werkwijze voor het tot stand brengen van communicaties in een meerlaags radiotelefoniestelsel voorzien van een aantal microcellen en een paraplucel en een mobielschakelcentrum, omvattende de volgende stappen: het ontvangen van een oproeptoegangsverzoek op een eerste besturingskanaal dat is toegewezen aan de paraplucel, waarin het eerste besturingskanaal tenminste één voorafbepaalde radiofrequentie heeft; het gelijktijdig ontvangen van het oproeptoegangsverzoek op een tweede besturingskanaal dat is toege- wezen aan een microcel, waarin het tweede besturingskanaal de tenminste één voorafbepaalde radiofrequentie heeft; en het toewijzen van een oproep behorende bij het oproeptoegangsverzoek aan één van die microcel en de paraplucel.

8. Werkwijze voor het tot stand brengen van communicaties in een meerlaags radiotelefoniestelsel voorzien van een aantal microcellen en een paraplucel, omvattende de volgende stappen: het ontvangen van een oproeptoegangsverzoek op een eerste besturingskanaal dat is toegewezen aan de paraplucel; het ontvangen van het oproeptoegangsverzoek op een tweede besturingskanaal dat is toegewezen aan een microcel, waarin het eerste besturingskanaal en het tweede besturingskanaal een voorafbepaalde frequentie gebruiken; en het toewijzen van een oproep behorende bij het oproeptoegangsverzoek aan één van die microcel en de paraplucel.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, waarin aan elke microcel een bijbehorend besturingskanaal is toegekend en de toegekende besturingskanalen elk tenminste één bijbehorende, verschillende, voorafbepaalde radiofrequentie hebben.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, waarin elke microcel zijn eigen onafhankelijke besturingskanaal heeft.

10. Werkwijze volgens conclusie 8, waarin elke microcel een bijbehorend toegevoegd besturingskanaal heeft, waarbij tenminste twee van de toegevoegde besturingskanalen tenminste één gemeenschappelijke radiofrequentie hebben, en waarin besturingsinformatie gelijktijdig uitgezonden wordt op de toegevoegde besturingskanalen die de tenminste één gemeenschappelijke radiofrequentie hebben.

10. Werkwijze volgens conclusie 8, waarin elke microcel een bijbehorend toegevoegd besturingskanaal heeft, waarbij informatie op elk van de toegevoegde bestu-ringskanalen gelijktijdig uitgezonden wordt.

11. Werkwijze volgens conclusie 8, waarin de stap van het toewijzen het toewijzen omvat van de oproep behorende bij één van de paraplucel en die microcel gebaseerd op signaalsterkten van het oproeptoegangsverzoek die op het eerste besturingskanaal en het tweede besturingskanaal ontvangen worden.

11. Werkwijze volgens conclusie 8, waarin de stap van het toewijzen het toewijzen omvat van de oproep behorende bij één van de paraplucel en die microcel gebaseerd op welke van het eerste besturingskanaal en het tweede besturingskanaal op een hogere signaalsterkte ontvangen wordt.

12. Stelsel voor het tot stand brengen van een verbinding tussen een basisstation en een mobiel station in een radiotelefoniestelsel voorzien van een aantal cellen, welk stelsel omvat: middelen voor het luisteren naar een oproeptoegangsverzoek op een besturingskanaal bij een eerste cel; middelen voor het luisteren naar een oproeptoegangsverzoek op het besturingskanaal bij een tweede cel; eerste middelen voor het uitzenden van bestu-ringsinformatie op het besturingskanaal van de eerste cel; en tweede middelen voor het uitzenden van de bestu-ringsinformatie op het besturingskanaal van de tweede cel, waarin de eerste uitzendmiddelen en de tweede uitzendmid-delen de besturingsinformatie tegelijkertijd uitzenden.

12. Stelsel voor het tot stand brengen van een verbinding tussen een basisstation en een mobiel station in een radiotelefoniestelsel voorzien van een aantal cellen, welk stelsel omvat: middelen voor het luisteren naar een oproeptoe-gangsverzoek op een besturingskanaal bij een eerste cel; middelen voor het luisteren naar een oproeptoe-gangsverzoek op het besturingskanaal bij een tweede cel; eerste middelen voor het uitzenden van bestu-ringsinformatie op het besturingskanaal van de eerste cel; en tweede middelen voor het uitzenden van de bestu-ringsinformatie op het besturingskanaal van de tweede cel, waarin de eerste uitzendmiddelen en de tweede uitzendmid-delen de besturingsinformatie tegelijkertijd uitzenden.

13. Stelsel volgens conclusie 12, waarin de eerste cel een microcel is en de tweede cel een macrocel is.

13. Stelsel volgens conclusie 12, waarin de eerste cel een microcel is en de tweede cel een macrocel is.

14. Stelsel volgens conclusie 12, waarin de eerste cel en de tweede cel microcellen zijn.

14. Stelsel volgens conclusie 12, waarin de eerste cel en de tweede cel microcellen zijn.

15. Stelsel volgens conclusie 14, waarin een frequentie die wordt toegekend aan het besturingskanaal op één van de volgende mogelijkheden gebaseerd is: het hergebruiken van een frequentie die is toegekend aan een besturingskanaal van een paraplucel; het lenen van een frequentie die is toegekend aan een paraplucel; en het gebruiken van een frequentie die exclusief tot dat doel bestemd wordt uit een verzameling beschikbare frequenties.

15. Stelsel volgens conclusie 14, waarin een frequentie die wordt toegekend aan het besturingskanaal op een van de volgende mogelijkheden gebaseerd is: het hergebruiken van een frequentie die is toegekend aan een besturingskanaal van een paraplucel; het lenen van een frequentie die is toegekend aan een paraplucel; en het gebruiken van een frequentie die exclusief tot dat doel bestemd wordt uit een verzameling beschikbare frequenties.

16. Stelsel volgens conclusie 15, waarin de eerste cel en de tweede cel binnenin een gebouw gelegen microcellen zijn.

16. Stelsel volgens conclusie 15, waarin de eerste cel en de tweede cel binnenin een gebouw gelegen microcellen zijn.

17. Stelsel voor het tot stand brengen van communicaties in een radiotelefoniestelsel voorzien van tenminste één microcel en een paraplucel welk stelsel omvat: middelen voor het ontvangen van een oproeptoe-gangsverzoek van een mobiele eenheid op een eerste besturingskanaal dat is toegekend aan de paraplucel, waarin het eerste besturingskanaal tenminste één voorafbepaalde radiofrequentie heeft; middelen voor het ontvangen van het oproeptoe-gangsverzoek van de mobiele eenheid op een tweede besturingskanaal dat is toegekend aan een microcel, waarin het tweede besturingskanaal de tenminste één voorafbepaalde radiofrequentie heeft; en middelen voor het via het eerste besturingskanaal aan de mobiele eenheid instrueren om af te stemmen op een toegankelijk spraakkanaal van de microcel voor het afhandelen van het oproeptoegangsverzoek.

17. Stelsel voor het tot stand brengen van communicaties in een radiotelefoniestelsel voorzien van tenminste één microcel en een paraplucel welk stelsel omvat: middelen voor het ontvangen van een oproeptoe-gangsverzoek van een mobiele eenheid op een eerste bestu-ringskanaal dat is toegekend aan de paraplucel; middelen voor het ontvangen van het oproeptoe-gangsverzoek van de mobiele eenheid op een tweede bestu-ringskanaal dat is toegekend aan een microcel, waarin het eerste besturingskanaal en het tweede besturingskanaal een voorafbepaalde frequentie gebruiken; en middelen voor het via het eerste besturingskanaal aan de mobiele eenheid instrueren om af te stemmen op een toegankelijk spraakkanaal van de microcel voor het afhandelen van het eerste oproeptoegangsverzoek.

18. Stelsel voor het tot stand brengen van communicaties in een meerlaags radiotelefoniestelsel voorzien van een aantal microcellen en een paraplucel en een mobielschakelcentrum, welk stelsel omvat: middelen voor het ontvangen van een oproeptoegangsverzoek op een eerste besturingskanaal dat is toegekend aan een paraplucel, waarin het eerste besturingskanaal tenminste één voorafbepaalde radiofrequentie heeft; middelen voor het ontvangen van het oproeptoegangsverzoek op een tweede besturingskanaal dat is toegekend aan een microcel, waarin het tweede besturingskanaal de tenminste één voorafbepaalde radiofrequentie heeft; en middelen, behorende tot het mobielschakelcentrum, voor het toekennen van een oproep behorende bij het oproeptoegangsverzoek aan één van die microcel en de paraplucel.

18. Stelsel voor het tot stand brengen van communicaties in een meerlaags radiotelefoniestelsel voorzien van een aantal microcellen en een paraplucel, welk stelsel omvat: middelen voor het ontvangen van een oproeptoegangsverzoek op een eerste besturingskanaal dat is toegekend aan een paraplucel; middelen voor het ontvangen van het oproeptoegangsverzoek op een tweede besturingskanaal dat is toegekend aan een microcel, waarin het eerste besturingskanaal en het tweede besturingskanaal een voorafbepaalde frequentie gebruiken; en middelen voor het toekennen van een oproep behorende bij het oproeptoegangsverzoek aan één van die microcel en de paraplucel.

19. Stelsel volgens conclusie 18, waarin aan elke microcel een bijbehorend besturingskanaal is toegekend en de toegekende besturingskanalen elk tenminste één bijbehorende, verschillende, voorafbepaalde radiofrequentie hebben.

19. Stelsel volgens conclusie 18, waarin elke microcel zijn eigen onafhankelijke besturingskanaal heeft.

20. Stelsel volgens conclusie 18, waarin elke microcel een bijbehorend toegevoegd besturingskanaal heeft, waarbij tenminste twee van de toegevoegde besturingskanalen tenminste één gemeenschappelijke radiofrequentie hebben, en waarin besturingsinformatie gelijktijdig wordt uitgezonden op de toegevoegde besturingskanalen die de tenminste één gemeenschappelijke radiofrequentie hebben.

20. Stelsel volgens conclusie 18, waarin elke microcel een bijbehorend toegevoegd besturingskanaal heeft, waarbij informatie op elk van de toegevoegde bestu-ringskanalen gelijktijdig wordt uitgezonden.

21. Stelsel volgens conclusie 18, waarin de toekenningsmiddelen de oproep toekennen gebaseerd op welke van het eerste besturingskanaal en het tweede besturings-kanaal op een hogere signaalsterkte ontvangen wordt. -o-o-o-o-o-o-o-o-o- GEWIJZIGDE CONCLUSIES [Ontvangen door het Internationale Bureau op 15 april 1994 (15.04.94); oorspronkelijke conclusies 7, 8, 11, 17, 18 en 21 gewijzigd; andere conclusies ongewijzigd (5 pagina's)]

21. Stelsel volgens conclusie 18, waarin de toekenningsmiddelen de oproep toekennen gebaseerd op signaalsterkten van het oproeptoegangsverzoek die op het eerste besturingskanaal en het tweede besturingskanaal ontvangen worden. -o-o-o-o-o-o-o-o-o-