WO2002091775A2

WO2002091775A2 - Sendeverfahren zur übertragung eines nicht-kontinuierlich gesendeten mobilfunksignals sowie einer mobilfunk-basisstation

Info

Publication number: WO2002091775A2
Application number: PCT/DE2002/001685
Authority: WO
Inventors: Stephan Karger; Theo Kreul; Holger Landenberger; Dirk Langefeld; Mario Roehle; Malte Schmidt; Rolf Theisen
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2001-05-10
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2002-11-14
Also published as: DE10122696C2; DE10122696A1; WO2002091775A3

Abstract

Sendeverfahren zur Übertragung eines nicht-kontinuierlich gesendeten Mobilfunkkanals, insbesondere zur Aussendung eines Synchronisationskanals durch eine Basisstation eines Mobilfunknetzes, bei der die Aussendung mit auf vorbestimmte Weise zeitlich geänderter Senderichtung erfolgt.

Description

Beschreibung

Sendeverfahren zur Übertragung eines nicht-kontinuierlich gesendeten Mobilfunkkanals sowie Mobilfunk-Basisstation

Die Erfindung betrifft ein Sendeverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine zur Durchführung dieses Sendeverfahrens ausgebildete Mobilfunk-Basisstation und ein Mobilfunknetz .

Das nachrichtentechnische Kernstück der mobilen Telekommunikation ist der bidirektionale Funkbetrieb zwischen fest installierten Basisstationen und den auch als Mobilstationen bezeichneten Endgeräten der Nutzer. Der Grundgedanke der Flä- chenabdeckung durch eine variable zellulare Struktur der Netze erfordert ausgefeilte Synchronisationsprozeduren für einen störungsfreien Sende-/Empfangsbetrieb zwischen den verschiedenen Basisstationen und Mobilstationen, insbesondere im Zusammenhang mit dem sogenannten Handover, d. h. dem " eiter- reichen" einer sich bewegenden Mobilstation zwischen verschiedenen Basisstationen.

Zur Synchronisation des Betriebes einer mit einer Basisstation des Mobilfunknetzes kommunizierenden Mobilstation - genau- er gesagt: zur Frequenz-, Slot-, Rahmen- bzw. Frame- und

Codesynchronisation - dient ein speziell zu diesem Zweck von der Basisstation gesendeter Synchronisationskanal . Über diesen Kanal werden keine Nutzdaten übertragen. Die in diesem Kanal abgestrahlte Sendeleistung stellt daher bezüglich der Datenkanäle grundsätzlich Störleistung dar. Diese Sendeleistung sollte daher möglichst gering sein.

Zudem sollten über den Synchronisationskanal möglichst wenig zeitverzögerte Signale am Ort der Mobilstation ankommen, denn diese Signale können zur Intersymbolinterferenz führen. Speziell bei reinen TDMA-Systemen mit synchronisierten Basisstationen wird der Synchronisationskanal üblicherweise in unterschiedlichen Slots (Zeitschlitzen des Zeitdiversity-Sche- mas) gesendet, wobei die erwähnten Störungen grundsätzlich nicht auftreten können.

Bei nicht ausschließlich nach dem TDMA-Prinzip arbeitenden Mobilfunksystemen können die oben erwähnten Probleme jedoch in der Praxis eine erhebliche Rolle spielen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe der Bereitstellung eines Sendeverfahrens, welches die zeitliche Verteilung der in eine Zelle des Netzes einfallenden Leistungsdichte im Synchronisationskanal möglichst gering hält und eine gute zeit- liehe Trennung der Synchronisationssignale verschiedener Basisstationen ermöglicht, sowie einer zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Basisstation zugrunde.

Diese Aufgabe wird in ihrem Verfahrensaspekt durch ein Sende- verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und in ihrem Vorrichtungsaspekt durch eine Mobilfunk-Basisstation mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst .

Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken ein, den Synchronisationskanal nicht - wie bisher üblich - mit einer ungerichteten Sendeantenne (omnidirektional) auszustrahlen, sondern gerichtet, wobei die Senderichtung eine Zeitabhängigkeit aufweist. Hierdurch wird die Anzahl der gleichzeitig aktiven Ausbreitungspfade verringert. Wurden bei den bekannten Systemen bei Aussendung über einen Rundstrahler seitens der

Mobilstation Empfangssignale über mehrere Pfade gleichzeitig empfangen, so wird beim erfindungsgemäßen Verfahren ein zeitlich gestaffelter Empfang dieser MehrwegeSignale realisiert.

Da sich die Senderichtungen der einzelnen einen bestimmten räumlichen Bereich des Mobilfunknetzes bedienenden Basisstationen so abstimmen lassen, dass die Senderichtungen im Syn- chronisationskanal nicht gleichzeitig auf einen Raumbereich gerichtet sind, ist eine erhebliche Verringerung der Inter- zellen- und Intrazelleninterferenz möglich. Bei konstanter Sendeleistung .erhöht sich hiermit die Reichweite der Basisstationen und die (unter dem Aspekt der Basisstation- Mobilstation-Synchronisation) maximal mögliche Zellengröße. Nimmt man die Zellengröße als gegeben an, kann andererseits die Sendeleistung des Synchronisationskanals reduziert werden.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Senderichtung zur Ausstrahlung des Synchronisationskanals auf elektrischem oder mechanischem Wege gedreht. Die Winkelgeschwindigkeit dieser Drehung ist hierbei insbesondere kon- stant. Die vorrichtungsseitige Realisierung dieser bevorzugten Ausführung erfolgt mittels einer entsprechend drehbaren Sendeantenne, die insbesondere eine elektrische oder mechanische Drehvorrichtung aufweist, welche mit konstanter Winkelgeschwindigkeit arbeitet .

In einer hierzu alternativen Ausführung des Verfahrens wird die Senderichtung nach einem vorbestimmten Ablaufschema zwischen mehreren diskreten Winkelstellungen (relativ zu einer festen Bezugsrichtung) umgeschaltet. Eine entsprechende Ba- sisstation hat eine Schalteinrichtung zur Umschaltung zwischen den verschiedenen Senderichtungen sowie eine dieser zugeordnete Speichereinrichtung zur Speicherung eines entsprechenden Umschaltprogramms .

In einer weiter bevorzugten Ausführung erfolgt die AusSendung des Synchronisationskanals jeweils gleichzeitig in verschiedene Richtungen ("Richtkeulen"), wobei diese Senderichtungen in starrer Zuordnung zueinander eine zeitliche Abhängigkeit haben. Eine zweckmäßige vorrichtungsseitige Realisierung be- steht im Aufbau einer Sendeantenne mit mehreren Richtkeulen, der eine Drehvorrichtung oder Umschalteinrichtung - wie oben erwähnt - zugeordnet ist . Räumlich asymmetrische Zellen des Mobilfunknetzes können durch eine Aussendung des Synchronisationskanals mit speziell gewählter azimut- und elevationswinkelabhängiger Strahlungs- dichteverteilung optimal "ausgeleuchtet" werden. Die verschiedenen Richtkeulen des Sendesignals werden hier also mit unterschiedlicher effektiver Sendeleistung ausgestrahlt. Derartige Antennenkonstruktionen sind in der Nachrichtentechnik als Richtantennen mit spezieller Haupt- und Nebenkeulenkonfi- guration an sich bekannt und relativ leicht realisierbar.

Neben den oben erwähnten Aspekten, die allein den Sendebetrieb für einen Mobilfunkkanal (speziell seitens einer Basisstation) betreffen, sind auch systemseitige Ausgestaltungen des Verfahrens möglich. So kann der Synchronisationskanal insbesondere zusätzlich zur Initiierung eines Zufallskanalzugriffs (Random Access Transmission) in Uplink-Richtung, also von einer Mobilstation zur Basisstation hin, dienen. Hierbei geht die Mobilstation speziell zu einem Zeitpunkt in den Sen- debetrieb, zu dem sie in einer mit gleicher Winkelgeschwindigkeit wie die Senderichtung (Sendekeule) der Basisstation rotierenden Empfangsrichtung (Empfangskeule) liegt.

Eine entsprechende vorrichtungsseitige Ausgestaltung des Mo- bilfunksystems sieht dementsprechend eine Empfangs-Sende-

Synchronisationseinrichtung in der Mobilstation sowie seitens der Basisstation eine Empfangsantenne mit starr an die Senderichtung der Sendeantenne gekoppelter, zeitlich variabler Empfangsrichtung vor.

Das vorgeschlagene Verfahren kann, neben dem erwähnten Synchronisationskanal, auch für andere nicht-kontinuierlich gesendete Kanäle in einem Mobilfunksystem (z. B. CCPCH) oder zur Synchronisation zwischen den Basisstationen in einem UMTS-System vorteilhaft angewendet werden. Ein Mobilfunknetz, bei dem die Erfindung realisiert wird, hat eine Synchronisiereinrichtung zur Synchronisierung des zeitabhängig ausgerichteten Sendebetriebs der ein und denselben Raumbereich versorgenden Basisstationen, insbesondere des Synchronisationskanals. Die Synchronisation erfolgt derart, dass in keinem räumlichen Bereich des Netzes, der im Sendegebiet mehrerer Basisstationen liegt, der Synchronisationskanal durch diese Basisstationen gleichzeitig in den Raumbereich hinein ausgesandt wird.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Mobilfunksystems sind außerdem Mittel zur Realisierung des oben erwähnten zeitlich gesteuerten Kanalzugriffs durch die Mobilstationen im Ansprechen auf den Empfang der "Richtkeule" des Synchronisationska- nals der Basisstation vorgesehen.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden, skizzenartigen Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele und -aspekte anhand der Figuren. Von diesen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Funktionsweise einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Sendefunktion einer Basisstation in einer weiteren bevorzugten Ausführung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Sendefunktion einer Basisstation in einer weiteren bevorzugten Ausführung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des mit der zeitlichen Änderung der Senderichtung synchronisierten KanalZugriffs und Fig. 5a und 5b schematische Darstellungen der für die Erläuterung der Erfindung wesentlichen Teile einer Mobilfunk- Basisstation gemäß zwei Ausführungsformen der Erfindung.

In Fig. 1 sind symbolisch zwei Basisstationen BSl, BS2 eines Mobilfunknetzes mit jeweils einer Sende-Richtkeule sowie eine in der Sendereichweite beider Basisstationen liegende Mobilstation MS gezeigt. Der gekrümmte Pfeil über den Richtkeulen der Basisstationen BSl, BS2 symbolisiert, dass die Senderich- tung bei der Aussendung des Synchronisationskanals gedreht wird. Es ist leicht einzusehen, dass bei der angegebenen Lage der Richtkeulen die Mobilstation MS nicht gleichzeitig im Sendebereich des Synchronisationskanals beider Basisstationen liegt. Dies wird durch eine geeignete Synchronisationsein- richtung sichergestellt .

Fig. 2 zeigt eine gegenüber den Basisstationen BSl, BS2 in Fig. 1 insoweit modifizierte Basisstation BSl', als diese drei Richtkeulen mit gleicher effektiver Sendeleistung hat, welche in starrer Winkellage relativ zueinander gemeinsam gedreht werden .

Fig. 3 zeigt das Richtdiagramm einer weiter modifizierten Basisstation BSl'¹, deren Sendeantenne in drei Richtkeulen je- weils unterschiedliche Leistungen aussendet, womit eine azimutabhängige Strahlungsdichtefunktion S (φ) realisiert wird. Eine solche Richtcharakteristik der Basisstation BSl¹' ist durch eine (als solche bekannte) speziell angepasste Reflektorgeometrie, gegebenenfalls im Zusammenwirken mit richtungs- bezogen wirkenden Dämpfungsmitteln, realisierbar.

Fig. 4 schließlich zeigt eine weitere Basisstation BSl'¹' und eine in ihrer Sendereichweite liegende Mobilstation MS, bei denen ein durch Nutzung der Erfindung möglicher spezieller Kanalzugriffsmodus realisiert wird. Die Basisstation BSl'¹' hat im Grunde die gleiche Richtcharakteristik wie die Basisstationen BSl, BS2 der in Fig. 1 dargestellten und oben be- JJ . 1 1 1 CQ t ffi 1 1 -μ φ d £ 4-> tö i d Φ Φ Di

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Sowohl die Sendeantenne 11 als auch die Empfangsantenne 13 haben - wie in der Figur mit punktierten Linien symbolisch dargestellt ist, mehrere Sende- bzw. Empfangs-Richtkeulen mit übereinstimmender Ausrichtung, die bei einer gemeinsamen Dre- hung der Sende- und Empfangs ntenne 11, 13 in starrer Winkel- Zuordnung zueinander gemeinsam gedreht werden.

In Fig. 5b ist eine gegenüber der Basisstation 10 nach Fig. 5a geringfügig modifizierte Basisstation 10' gezeigt, bei der mit Fig. 5a übereinstimmende Komponenten mit denselben Bezugsziffern wie dort bezeichnet sind und hier nicht nochmals erläutert werden. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass die Synchronisationskanal-Sendeantenne 11' und die Empfangsantenne 13' der Basisstation 10' fest montiert, aber da- für mit einer Senderichtungs-Schalteinrichtung 15' zur elektrischen Steuerung der effektiven Sende- (und Empfangs-) Richtung verbunden sind. Die Schalteinrichtung 15' bewirkt eine elektrische Umschaltung der Sende- bzw. Empfangsrichtung zwischen den einzelnen Richtkeulen nach einem vorbestimmten Ab- laufSchema, welches in einem Senderichtungs-Programmspeicher

16a einer modifizierten Synchronisationskanal-Sendesteuerung 16' programmiert ist.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern ebenso in Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen. Insbesondere liegt die konstruktive Gestaltung elektrisch oder mechanisch drehbarer oder zwischen festgelegten Vorzugs-Senderichtungen umschalt- barer Antennen im Bereich der Mobilfunk-Sendefrequenzen im Bereich des Könnens des Fachmanns auf diesem Gebiet. Bezugs zeichenliste

10; 10 ' ; BSl, . BS2;

BSl' ¹ ; BSl' ' ; BSl' ' ' Mobilfunk-Basisstation

11; 11 1 Synchronisationskanal-Sendeantenne

12 Sendestufe

12a Steuersignaleingang

13; 13 1 Empfangsantenne

14 Empfangsstufe

15 elektromotorische Drehvorrichtung

15' Senderichtungs-Schalteinrichtung

15a Welle

15b Steuersignaleingang

16; 16 1 Synchronisationskanal -Sendesteuerung

16a¹ Senderichtungs-Programmspeicher

MS Mobilstation

RACHRX Keule Empfangs-Richtkeule

SCHTX Keule Sende-Richtkeule (für Synchronisationskanal)

Claims

Patentansprüche

1. Sendeverfahren zur Übertragung eines nicht-kontinuierlich gesendeten Mobilfunkkanals, insbesondere zur Aussendung eines Synchronisationskanals durch eine Basisstation eines Mobilfunknetzes, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Aussendung mit auf vorbestimmte Weise zeitlich geänderter Senderichtung .

2. Sendeverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, dass die Senderichtung mit vorbestimmter Winkelgeschwindigkeit elektrisch oder mechanisch gedreht wird.

3. Sendeverfahren nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, dass die Winkelgeschwindigkeit konstant ist .

4. Sendeverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, dass die Senderichtung nach einem vorbestimmten Ablaufschema zwischen mehreren diskreten WinkelStellungen relativ zu einer festen Bezugsrichtung umgeschaltet wird.

5. Sendeverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, dass die Aussendung gleichzeitig in mehreren Senderichtungen erfolgt, welche gemeinsam zeitlich geändert werden.

6. Sendeverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, dass die Aussendung in verschiedenen Senderichtungen mit unterschiedlicher Sendeleistung erfolgt .

7. Sendeverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, dass ein Zugriff auf den Mobilfunkkanal durch eine Mobilstation des Mobilfunknetzes in Abhängigkeit von der momentanen Senderichtung der Basisstation initiiert wird, wobei der Zugriff auf Zeitpunkte synchronisiert wird, zu denen die Mobilstation sich im Bereich einer Senderichtung der Basisstation befindet.

8. Mobilfunk-Basisstation (BSl, BS2 ; BSl'; BSl''; BSl'¹'; 10; 11) mit einer Sendeeinrichtung zur Aussendung eines Mobil- funkkanals, insbesondere Synchronisationskanals, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine mit der Sendeeinrichtung (12) verbundene Sendeantenne (11; 11') mit verstellbarer Senderichtung.

9. Mobilfunk-Basisstation nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, dass die Sendeantenne (11) elektrisch oder mechanisch drehbar ist.

10. Mobilfunk-Basisstation nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, dass die Sendeantenne (11) eine elektrisch oder mechanisch wirkende Drehvorrichtung (15) aufweist, die die Senderichtung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht .

11. Mobilfunk-Basisstation nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, dass die Sendeantenne (11') eine Schalteinrichtung (15') zur Umschaltung der Senderichtung zwischen mehreren diskreten Winkelstellungen relativ zu einer festen Bezugsrichtung und eine mit einem Steuereingang der Schalteinrichtung verbundene Programmspeichereinrichtung (16a') zur Speicherung eines vorbestimmten AblaufSchemas zur Umsehaltung der Senderiehtungen aufweist .

12. Mobilfunk-Basisstation nach einem der Ansprüche 8 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, dass die Sendeantenne (11; 11') mehrere Richtkeulen und eine Dreh- Vorrichtung oder Schalteinrichtung (15; 15') aufweist, die die Lage der Richtkeulen in starrer Zuordnung zueinander verstellt.

13. Mobilfunk-Basisstation nach einem der Ansprüche 8 bis 12, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Empfangsantenne (13; 13') mit synchron zu einer Änderung der Senderichtung verstellbarer Empfangsrichtung.

14. Mobilfunk-Basisstation nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Sende- und Empfangsantenne (11, 13) eine gemeinsame, elektrisch oder mechanisch wirkende Drehvorrichtung (15, 16) zur Drehung der Sende- und Empfangsrichtung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit und konstantem Winkelabstand zugeordnet ist .

15. Mobilfunk-Basisstation nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Sende- und Empfangsantenne eine Schalteinrichtung zur Umschaltung der Senderichtung zwischen mehreren diskreten Winkelstellungen relativ zu einer festen Bezugsrichtung und eine mit einem Steuereingang der Schalteinrichtung verbundene Programmspeichereinrichtung (16a') zur Speicherung eines vorbe- stimmten AblaufSchemas zur Umschaltung der Sende- und Empfangsrichtungen zugeordnet ist.

16. Mobilfunk-Basisstation nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, dass die Sendeantenne (11) zur Abgabe unterschiedlicher Strahlungsleistungen in den verschiedenen Richtkeulen ausgebildet ist .

17. Mobilfunknetz mit einer Vielzahl von Basisstationen nach einem der Ansprüche 8 bis 16 und einer Vielzahl von Mobilstationen, bei dem Raumbereiche in der Sendereichweite jeweils mehrerer Basisstationen liegen, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Sende-Synchronisationseinrichtung zur Synchronisierung der jeweiligen Senderichtung der einen bestimmten Raumbereich erfassenden Basisstationen zu jedem Zeitpunkt derart, dass der Raumbereich, insbesondere bei Aussendung eines Synchronisationskanals nicht gleichzeitig in der Senderichtung mehrerer Basisstationen liegt.

18. Mobilfunknetz nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, dass die Sende-Synchronisationseinrichtung Mittel zur Fernsteuerung der elektrisch oder mechanisch wirkenden Drehvorrichtungen oder Schalteinrichtungen der Basisstationen aufweist.

19. Mobilfunknetz nach Anspruch 17 oder 18, d a d u r c h g e k e n n z ei c h n e t, dass die Mobilstationen Kanalzugriffs-Synchronisierungsmittel zur zeitlichen Steuerung eines Kanalzugriffs in vorbestimmter zeitlicher Abhängigkeit vom Empfang eines von einer Basissta- tion mit zeitveränderlicher Senderichtung ausgesandten Synchronisationskanals aufweisen.