WO2000022755A1

WO2000022755A1 - Verfahren zum betreiben eines mobilfunksystems und basisstationssystem

Info

Publication number: WO2000022755A1
Application number: PCT/DE1999/003181
Authority: WO
Inventors: Bernhard Raaf
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2000-04-20

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Mobilfunksystems, mittels dessen ein eine Kombination eines Frequenzduplexverfahrens und eines Zeitduplexverfahrens verwendendes Mobilfunksystem durch die Anordnung nebeneinanderliegender Frequenzkanäle, die zur Übertragung von Funksignalen mittels eines Zeitduplexverfahrens verwendet werden derart, daß einem Netzbetreiber zugeteilte Frequenzkanäle im Frequenzbereich nebeneinander liegen, spektrumseffizient betrieben werden kann.

Description

Beschreibung

Verfahren zum Betreiben eines Mobilfunksystems und Basissta^¬ tionssystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Mobilfunksystems und ein Basisstationssystem, wobei es sich bei dem Mobilfunksystem insbesondere um ein zukünftiges System handelt, bei dem sowohl ein Frequenzduplexverfahren, als auch ein Zeitduplexverfahren Anwendung findet.

Nationale Regulierungsbehörden teilen einen für ein Funksystem bzw. Mobilfunksystem, wie beispielsweise das GSM (Global System for Mobile Communication) -System oder das zukünftige UMTS-System, vorgesehenen Frequenzbereich in unterschiedliche Frequenzbänder auf, die dann unterschiedlichen Netzbetreibern, wie beispielsweise Dl, D2, zugeteilt werden. Dabei gibt es auch geographische Gebiete, die durch unterschiedliche Netzbetreiber gleichzeitig abgedeckt sind. Ein Mobilfunknetz eines Betreibers wird auch als Public Land Mobile Network (PLMN) bezeichnet.

Im Falle eines Duplex-Systems können bei FDD (Frequency Division Duplex) -Systemen, wie beispielsweise dem GSM-System oder dem UTRA (UMTS (Universal Mobile Telephony System) Terrestrial Radio Access) -FDD-Mode, für den Uplink (Mobilstation zur Basisstation) andere Frequenzbänder vorgesehen sein als für den Downlink (Basisstation zur Mobilstation) und bei TDD (Time Division Duplex) -Systemen, wie das DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) -System oder den

UTRA (UMTS (Universal Mobile Telephony System) Terrestrial Radio Access) -TDD-Mode, für den Up- bzw. Downlink unterschiedliche Zeitabschnitte vorgesehen sein. Zukünftige Mobilfunksysteme werden dabei eine Kombination aus FDD-Verfahren und TDD-Verfahren aufweisen. Bei Datenanwendungen, wie beispielsweise Teleworkmg oder Internetzugriff, über ein Mobilfunksystem werden deutlich mehr Daten von der Basisstation zur Mob lstation übertragen, als umgekehrt. Bei konventioneller Frequenzplanung wird daher das Uplink-Frequenzband nicht effizient genutzt.

Durch den gleichzeitigen Einsatz eines Ze tmultiplexverfah- rens, wobei deutlich mehr Zeitschlitze für den Downlink als für den Uplink verwendet werden, kann asymmetrischer Verkehr zwar effizienter übertragen werden, aber es ist abzusehen, daß dennoch asymmetrischer Verkehr mittels der FDD Frequenzbander übertragen werden muß, die dann nur schlecht ausgenutzt werden.

Dieses Problem kann weiter entschärft werden, indem für den FDD-Betrieb im Downlink mehr Frequenzkanale zur Verfugung gestellt werden als im Uplink. Dazu ist es erforderlich, daß die FDD Übertragung mit variablem Duplexabstand erfolgt. Die so im Uplink frei werdenden Frequenzkanale können für eine TDD Übertragung genutzt werden.

Dies hat jedoch den Nachteil, daß aufgrund von Guardbandern, die zwischen FDD und TDD Frequenzkanalen erforderlich sind, das zur Verfugung stehende Spektrum dennoch nicht optimal ge- nutzt werden kann.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung versteht man unter unterschiedlichen Übertragungsverfahren auch unterschiedliche Duplexverfahren oder unterschiedliche Übertragungsstandards.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine technische Lehre anzugeben, die es ermöglicht, ein Mobilfunksystem, das eine Kombination unterschiedlicher Übertragungsverfahren, insbesondere eine Kombination von FDD Verfahren und TDD Ver- fahren einsetzt, anzugeben, das es ermöglicht, das für das

Mobilfunksystem zur Verfugung stehende Funkspektrum effizient zu nutzen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Pa^¬ tentansprüche gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung beruht also auf dem Gedanken, im Frequenzbereich nebeneinander liegende Frequenzkanäle, die zur Übertragung von Funksignalen mittels eines Übertragungsverfahrens, insbesondere eines bestimmten Duplexverfahrens, verwendet werden so anzuordnen, daß einem Netzbetreiber zugeteilte Frequenzteilbereiche im Frequenzbereich nebeneinander liegen.

Dadurch wird erreicht, daß möglichst wenig Guardbands in dem insgesamt zur Verfügung stehenden Spektrum liegen, und so dieses Spektrum effizient zur Übertragung von Informationen genutzt werden kann.

Insbesondere in Fällen, in denen einem Netzbetreiber zur asymmetrischen Übertragung von Funksignalen mittels eines Frequenzduplexverfahrens im Downlink mehr Frequenzkanäle zugeteilt sind als im Uplink, kann auf das Einfügen einer effizienten Spektrumsnutzung entgegenstehender Guardbands verzichtet werden.

Durch das Einbringen der Erfindung in zukünftige CDMA-

Mobilfunksysteme, die eine Kombination eines Zeitduplexverfahrens und eines Frequenzduplexverfahrens zur Übertragung von Daten verwenden, ist es möglich, ein derart weltweit verbreitetes Mobilfunksystem effizient zu betreiben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben, zu deren Erläuterung die nachstehend aufgelisteten Figuren dienen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Mobilfunknetzes Figur 2 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Frequenzkanalanordnung Figur 3 eine schematische Darstellung einer Frequenzkanalanordnung mit variablem Duplexabstand

Figur 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Frequenzkanalanordnung.

Nationale Regulierungsbehörden teilen einen für ein Funksystem bzw. Mobilfunksystem, wie beispielsweise das GSM (Global System for Mobile Communication) -System, vorgesehenen Frequenzbereich in unterschiedliche Frequenzbänder auf, die dann unterschiedlichen Netzbetreibern, wie beispielsweise Dl, D2, zugeteilt werden. Dabei gibt es auch geographische Gebiete, die durch unterschiedliche Netzbetreiber gleichzeitig abgedeckt sind. Ein Mobilfunknetz eines Betreibers wird auch als Public Land Mobile Network (PLMN) bezeichnet. Die Mobilfun- knetze sind hierachisch folgendermaßen gegliedert: Das PLMN wird in Gebiete aufgeteilt, die jeweils von einem Mobile Switching Center MSC verwaltet werden. Ein MSC-Gebiet besteht aus einem oder mehreren sogenannten Aufenthaltsbereichen (Location Area, LA) . Diese Aufenthaltsbereiche bestehen aus einer oder mehreren Funkzellen und werden von einer Basisstation BS kontrolliert.

Im Falle eines Duplex-Systems können bei FDD (Frequency Division Duplex) -Systemen, wie beispielsweise dem GSM-System, für den Uplink u (Mobilstation zur Basisstation) andere Frequenzbänder vorgesehen sein als für den Downlink d (Basisstation zur Mobilstation) und bei TDD (Time Division Duplex) - Systemen, wie das DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommu- nications) -System für den Up- bzw. Downlink unterschiedliche Zeitabschnitte vorgesehen sein. Innerhalb der unterschiedlichen Frequenzbänder können durch ein FDMA (Frequency Division Multiple Access) Verfahren mehrere Frequenzkanäle f realisiert werden.

Im Rahmen dieser Anmeldung verwendete Begriffe und Beispiele beziehen sich auch oft auf ein GSM-Mobilfunksystem; sie sind jedoch keineswegs darauf beschränkt, sondern können anhand _der Beschreibung von einem Fachmann auch leicht auf andere, gegebenenfalls zukünftige, Mobilfunksysteme, wie CDMA- Systeme, insbesondere Wide-Band-CDMA-Systeme, gegebenenfalls in Kombination mit einem TD(Time Division) /CDMA-System abge- bildet werden.

In Figur 1 ist ein zellulares Mobilfunknetz, wie beispielsweise das GSM (Global System for Mobile Communication) -System dargestellt, das aus einer Vielzahl von Mobilvermittlungs- stellen MSC besteht, die untereinander vernetzt sind, bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN/ISDN herstellen. Ferner sind diese Mobilvermittlungsstellen MSC mit jeweils zumindest einem Basisstationscontroler BSC verbunden, der auch durch ein Datenverarbeitungssyste gebildet sein kann.

Jeder Basisstationscontroler BSC ist wiederum mit zumindest einer Basisstation BS verbunden. Eine solche Basisstation BS ist eine Funkstation, die über eine Funkschnittstelle eine Funkverbindung zu anderen Funkstationen, sogenannten Mobil- Stationen MS aufbauen kann. Zwischen den Mobilstationen MS und der diesen Mobilstationen MS zugeordneten Basisstation BS können mittels Funksignale Informationen innerhalb von Funkkanälen f die innerhalb von Frequenzbändern liegen, übertragen werden. Die Reichweite der Funksignale einer Basisstation definieren im wesentlichen eine Funkzelle FZ.

Basisstationen BS und ein Basisstationscontroler BSC können zu einem Basisstationssystem BSS zusammengefaßt werden. Das Basisstationssystem BSS ist dabei auch für die Funkkanalver- waltung bzw. -Zuteilung, die Datenratenanpaßung, die Überwachung der Funküertragungsstrecke, Hand-Over-Prozeduren, und im Falle eines CDMA-Systems für die Zuteilung der zu verwendenden Spreizcodessets, zuständig und übermittelt die dazu nötigen Signalisierungsinformationen zu den Mobilstationen MS. Mittels Vielfachzugriffsverfahren können Daten über eine Funkschnittstelle effizient übertragen, separiert und einer oder mehreren bestimmten Verbindungen bzw. dem entsprechenden Teilnehmer zugeteilt werden können. Dazu kann ein Zeitviel- fachzugriff TDMA, ein Frequenzvielfachzugriff FDMA, ein Codevielfachzugriff CDMA oder eine Kombination aus mehreren dieser Vielfachzugriffsverfahren eingesetzt werden.

Beim FDMA wird das Frequenzband in mehrere Frequenzkanäle f zerlegt; diese Frequenzkanäle werden durch den Zeitvielfachzugriff TDMA in Zeitschlitze ts aufgeteilt. Die innerhalb eines Zeitschlitzes ts und eines Frequenzkanals f übertragenen Signale können durch verbindungsindividuelle den Daten aufmodulierte Spreizcodes, sogenannte CDMA-Codes cc separiert wer- den.

Die so entstehenden physikalischen Kanäle werden nach einem festgelegten Schema logischen Kanälen zugeordnet. Bei den logischen Kanälen unterscheidet man grundsätzlich zwei Arten: Signalisierungskanäle (bzw. Steuerkanäle) zur Übertragung von Signalisierungsinformationen (bzw. Steuerinformationen) und Verkehrskanäle (Traffic Channel TCH) zur Übertragung von Nutzdaten.

Figur 2 zeigt eine Anordnung der ggf. durch ein Frequenzviel- fachzugriffverfahren FDMA entstehenden Frequenzkanäle f, die eine Breite von beispielsweise annähernd 5 MHz aufweisen und entweder zur Übertragung nach einem Frequenzmultiplexverfahren FDD oder zur Übertragung nach einem Zeitmultiplexverfah- ren TDD vorgesehen sind, wobei Gruppen von Frequenzkanälen unterschiedlichen Netzbetreibern 0 zugeordnet sind. Dabei sind die Frequenzkanäle fl, f2, f4, f5 und f7 einem ersten Netzbetreiber 01 zugeordnet, wohingegen die Frequenzkanäle f3, f6 und f8 einem zweiten Netzbetreiber 02 zugeordnet sind. Zwischen den zur symmetrischen FDD Übertragung zur Verfügung stehenden Frequenzkanäle im Up- bzw. Downlink besteht ein fester Duplexabstand dd. _In zukünftigen Mobilfunksystemen, wie beispielsweise dem sich in der _Standardisierung befindlichen Wideband CDMA-System kommt eventuell in Verbindung mit einem anderen Zugriffsver- fahren, wie beispielsweise einem Zeitvielfachzugriffsverfahren TDMA ein Frequenzvielfachzugriffsverfahren FDMA zusammen mit einem Codevielfachzugriffsverfahren CDMA zum Einsatz.

Durch eine nicht optimale Kooperation der unterschiedlichen Netzbetreiber werden die Mobilfunknetze unterschiedlicher

Netzbetreiber oft nicht optimal geplant, so daß insbesondere in benachbarten Frequenzkanälen unterschiedlicher Netzbetreiber oft Interferenzprobleme auftreten. Erhöhte Interferenzen treten auch innerhalb des Mobilfunknetzes eines Netzbetrei- bers auf, wenn in unterschiedlichen Frequenzkanälen Zellen mit unterschiedlicher Größe verwendet werden (unterschiedliche "Layer"). Diese Zellaufteilung nennt man hirarchical-cell-systems . Auch bei benachbarten Frequenzkanälen die unterschiedliche Duplexvarianten (FDD bzw. TDD) ver- wenden, kann es zu Interferenzproblemen kommen. Um diese Interferenzprobleme zu vermeiden, werden zwischen den entsprechenden Frequenzkanälen sogenannte Guardbands G eingefügt, in denen keine oder zumindest nur geringe Anteile der in den Frequenzkanälen übertragenen Signale liegen.

Diese Guardbands G sind in den hier beschriebenen Figuren nur zwischen den in den Figuren unten dargestellten Frequenzbändern eingezeichnet, obwohl Sie natürlich auch in den oben dargestellten Frequenzbändern eingefügt sein können.

Figur 3 zeigt eine Anordnung von Frequenzkanälen, die zur effizienten Nutzung des Frequenzspektrums bei asymmetrischem Verkehrsaufkommen ein Frequenzduplexverfahren FDD mit variablem Duplexabstand ddl, dd2 aufweist, wobei im Downlink für einen Betreiber 01 mehr Frequenzkanäle fl, f2 als im Uplink f4 zur Verfügung stehen. Die im Spektrum entstehende Lücke f5 wird für ein Zeitduplexverfahren TDD frei. Dadurch erhöht sich allerdings die Anzahl der Guardbands G, was gleichzeitig zu einer ineffizienteren Nutzung des Frequenzspektrums führt.

In Figur 4 ist eine Anordnung von Frequenzkanälen darge- stellt, die sich gegenüber Figur 3 darin unterscheidet, daß der Frequenzkanal f5 nun für das Frequenzduplexverfahren FDD des zweiten Netzbetreibers 02, das bisher im Frequenzkanal fβ durchgeführt wurde, durchgeführt wird.

Durch eine Zuteilung von Duplexverfahren zu im Frequenzbereich nebeneinander liegenden Frequenzkanälen fβ, f7, f8, die zur Übertragung von Funksignalen mittels eines Zeitduplexverfahrens verwendet werden derart, daß die einem Netzbetreiber zugeordneten Frequenzkanäle f7, f8, die zur Übertragung von Funksignalen mittels eines Zeitduplexverfahrens verwendet werden, im Frequenzbereich nebeneinander liegen, kann in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Guardband eingespart werden, und so das Spektrum effizient genutzt werden.

Anhand der vorliegenden Beschreibung kann ein Fachmann beliebige Mobilfunksysteme, in denen mehr Netzbetreiber, mehr Frequenzkanäle, kleinere oder größere Frequenzkanäle oder eine andere Anordnung von Frequenzkanälen als in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen sein können, effizient betreiben. Auch ist es anhand der Beschreibung möglich Mobilfunksysteme, die auf unterschiedlichen Übertragungsstandards, wie beispielsweise UMTS, IS-95, GSM oder DECT basieren, parallel ^"zu betreiben und das Einfügen von Guardbands zumindest teilweise zu vermeiden.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Mobilfunksystems, bei dem

- ein zur Übertragung von Funksignalen zur Verfügung stehen- der Frequenzbereich in mehrere Frequenzkanäle (f) aufgeteilt wird,

- erste Frequenzkanäle (f : FDD) zur Übertragung von Funksignalen mittels eines ersten Übertragungsverfahrens verwendet werden, - zweite Frequenzkanäle (f : TDD) zur Übertragung von Funksignalen mittels eines zweiten Übertragungsverfahrens verwendet werden, und

- im Frequenzbereich nebeneinander liegende Frequenzkanäle (fβ: TDD 02, fl : TDD 01, f8:TDD 01), die zur Übertragung von Funksignalen mittels eines dieser Übertragungsverfahren verwendet werden, so angeordnet sind, daß einem Netzbetreiber zugeteilte Frequenzkanäle (f7: TDD 01, f8:TDD 01), im Frequenzbereich nebeneinander liegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem

- ein zur Übertragung von Funksignalen zur Verfugung stehender Frequenzbereich in mehrere Frequenzkanäle (f) aufgeteilt wird,

- erste Frequenzkanäle (f : FDD) zur Übertragung von Funksi- gnalen mittels eines Frequenzduplexverfahrens verwendet werden,

- zweite Frequenzkanäle (f : TDD) zur Übertragung von Funksignalen mittels eines Zeitduplexverfahrens verwendet werden, und - im Frequenzbereich nebeneinander liegende Frequenzkanäle

(f^β: TDD 02, f7: TDD 01, f8:TDD 01), die zur Übertragung von Funksignalen mittels eines dieser Duplexverfahren verwendet werden, so angeordnet sind, daß einem Netzbetreiber zugeteilte Frequenzkanäle (f7: TDD 01, f8:TDD 01), im Frequenzbereich nebeneinander liegen.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - _Gruppen unterschiedlicher Frequenzkanäle unterschiedlichen Netzbetreibern (0) zugeteilt werden,

- zumindest einem Netzbetreiber (01) zur asymmetrischen Über^¬ tragung von Funksignalen mittels eines Frequenzduplexverfah^¬ rens im Downlink mehr Frequenzkanäle zugeteilt sind als im Uplink, und

- der Duplexabstand (dd) zwischen zur Übertragung von Funksignalen mittels eines Frequenzduplexverfahrens verwendeten Frequenzkanälen variabel ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mittels eines Frequenzduplexverfahrens übertragene Funksignale und/oder mittels eines Zeitduplexverfahrens übertragene Funksignale gemäß einem CDMA-Verfahren übertragen werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen den Frequenzkanälen (f7: TDD 01, f8:TDD 01), die zur Übertragung von Funksignalen mittels eines Zeitduplexverf hrens verwendet werden und einem Netzbetreiber zugeteilt sind, keine Guardbands (G) liegen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen Frequenzkanälen (f6 : TDD 02, f7 : TDD 01), die zur Übertragung von Funksignalen mittels eines Zeitduplexverfah- rens verwendet werden und unterschiedlichen Netzbetreibern zugeteilt sind, Guardbands (G) liegen.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen Frequenzkanälen, die zur Übertragung von Funksigna- len mittels eines Zeitduplexverfahrens verwendet werden und einem Netzbetreiber zugeteilt sind, kleinere Guardbands (G) liegen, als zwischen den Frequenzkanälen, die zur Übertragung von Funksignalen mittels eines Zeitduplexverfahrens verwendet werden und unterschiedlichen Netzbetreibern zugeteilt sind.

Basisstationssystem (BSS) mit Mitteln zur Verwendung von Frequenzkanälen zur Übertragung von Funksignalen zwischen Basisstationen und Mobilstationen, wobei die Frequenzkanäle nach folgendem Schema angeordnet sind: - ein zur Übertragung von Funksignalen zur Verfugung stehender Frequenzbereich wird in mehrere Frequenzkanäle (f) aufgeteilt,

- erste Frequenzkanäle (f : FDD) werden zur Übertragung von Funksignalen mittels eines ersten Ubertragungsverfahrens ver- wendet,

- zweite Frequenzkanäle (f : TDD) werden zur Übertragung von Funksignalen mittels eines zweiten Übertragungsverfahrens verwendet, und

- im Frequenzbereich nebeneinander liegende Frequenzkanäle (fβ: TDD 02, f7: TDD 01, f8:TDD 01), die zur Übertragung von

Funksignalen mittels eines dieser Übertragungsverfahren verwendet werden, sind so angeordnet, daß einem Netzbetreiber zugeteilte Frequenzkanäle (f7: TDD 01, f8:TDD 01), im Frequenzbereich nebeneinander liegen.

9. Basisstationssystem (BSS) nach Anspruch 8, mit Mitteln zur Verwendung von Frequenzkanälen zur Übertragung von Funksignalen zwischen Basisstationen und Mobilstationen, wobei die Frequenzkanäle nach folgendem Schema angeordnet sind:

- ein zur Übertragung von Funksignalen zur Verfügung stehender Frequenzbereich wird in mehrere Frequenzkanäle (f) aufgeteilt,

- erste Frequenzkanäle (f : FDD) werden zur Übertragung von Funksignalen mittels eines Frequenzduplexverfahrens verwendet,

- zweite Frequenzkanäle (f : TDD) werden zur Übertragung von Funksignalen mittels eines Zeitduplexverfahrens verwendet, und - im Frequenzbereich nebeneinander liegende Frequenzkanäle

(f^β: TDD 02, fl : TDD 01, f8:TDD 01), die zur Übertragung von Funksignalen mittels eines dieser Duplexverfahren verwendet werden, sind so angeordnet, daß einem Netzbetreiber zugeteil^¬ te Frequenzkanäle (f7: TDD 01, f8:TDD 01), im Frequenzbereich nebeneinander liegen.

10. Basisstationssystem (BSS) nach einem der Ansprüche 8 bis 9, mit

Mitteln zur Verwendung von Frequenzkanälen zur Übertragung von Funksignalen zwischen Basisstationen und Mobilstationen, wobei die Frequenzkanäle nach folgendem Schema angeordnet sind:

- Gruppen unterschiedlicher Frequenzkanäle werden unterschiedlichen Netzbetreibern (0) zugeteilt,

- zumindest einem Netzbetreiber (01) sind zur asymmetrischen Übertragung von Funksignalen mittels eines Frequenzduplexver- fahrens im Downlink mehr Frequenzkanäle zugeteilt als im Uplink, und

- der Duplexabstand (dd) zwischen zur Übertragung von Funksignalen mittels eines Frequenzduplexverfahrens verwendeten Frequenzkanälen ist variabel.