DE19858113C1

DE19858113C1 - Verfahren zur Datenübertragung mit Makrodiversitäts-Empfang

Info

Publication number: DE19858113C1
Application number: DE19858113A
Authority: DE
Inventors: Christian Menzel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2000-03-30
Anticipated expiration: 2018-12-17
Also published as: US6504837B1; CN100384107C; CN1257360A

Abstract

Erfindungsgemäß werden in einem Funk-Kommunikationssystem im TDD-Modus die Zeitschlitze eines Rahmens unterschiedlichen Basisstationen zugeteilt, wobei die Basisstationen exklusiv in den ihnen zugeteilten Zeitschlitzen der Abwärtsrichtung senden, jedoch auch in denen ihnen nicht zugeteilten Zeitschlitzen der Aufwärtsrichtung empfangen. Damit ist es möglich, die Empfangssignale von zumindest zwei Basisstationen miteinander zu kombinieren. Ohne wesentlichen Mehraufwand können die vorhandenen Basisstationen, die während mancher Zeitschlitze in Wartestellung sind, zur Realisierung eines Makrodiversitäts-Empfangs genutzt werden. Durch die Mehrzahl an Ausbreitungswegen, die in Aufwärtsrichtung ausgewertet werden, verbessert sich die Übertragungsqualität.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung über eine Funkschnittstelle und ein Funk-Kommunikations system, die einen Makrodiversitäts-Empfang ermöglichen.

In Funk-Kommunikationssystemen werden Nachrichten (beispiels weise Sprache, Bildinformation oder andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnittstelle übertragen. Die Funkschnittstelle bezieht sich auf eine Ver bindung zwischen einer Basisstation und Teilnehmerstationen, wobei die Teilnehmerstationen Mobilstationen oder ortsfeste Funkstationen sein können. Das Abstrahlen der elektromagne tischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequenzen, die in dem für das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen. Für zukünftige Funk-Kommunikationssysteme, beispielsweise das UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) oder andere Systeme der 3. Generation sind Frequenzen im Frequenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen.

Für Systeme der 3. Generation sind zwei Modi vorgesehen. In einem TDD (time division duplex) Modus sind die Aufwärts richtung (uplink - von der Mobilstation zur Basisstation) durch unterschiedliche Zeitschlitze innerhalb eines Frequenz bandes unterscheidbar. In einem FDD (frequency division du plex) Modus gibt es ein Frequenzband für die Aufwärts- und ein Frequenzband für die Abwärtsrichtung. Im weiteren wird nur auf den TDD-Modus eingegangen.

Ein Funk-Kommunikationssystem im TDD-Modus ist beispielsweise aus DE 198 20 736 C1 bekannt, wobei die Zeitschlitze eines Rah mens unterschiedlichen Basisstationen zugeteilt sind. Diese Zeitschlitze werden von den Basisstationen jeweils exklusiv zum Senden oder Empfangen genutzt.

Im Übergangsbereich zwischen zwei Funkzellen oder Sektoren, die von unterschiedlichen Basisstationen versorgt werden, treten üblicherweise Beeinträchtigungen der Übertragungs qualität auf.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Übertragungsqualität der Datenübertragung über die Funk schnittstelle zu verbessern. Die Aufgabe wird durch das Ver fahren nach den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Funk-Kom munikationssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu ent nehmen.

Erfindungsgemäß werden in einem Funk-Kommunikationssystem im TDD-Modus die Zeitschlitze eines Rahmens unterschiedlichen Basisstationen zugeteilt sind, wobei die Basisstationen ex klusiv in den ihnen zugeteilten Zeitschlitzen der Abwärts richtung senden, jedoch auch in denen ihnen nicht zugeteilten Zeitschlitzen der Aufwärtsrichtung empfangen. Damit ist es möglich, die Empfangssignale von zumindest zwei Basissta tionen miteinander zu kombinieren. Die Kombination gilt nur für eine Übertragungsrichtung, die Aufwärtsrichtung.

Ohne wesentlichen Mehraufwand können die vorhandenen Basis stationen, die während mancher Zeitschlitze in Wartestellung sind, zur Realisierung eines Makrodiversitäts-Empfangs ge nutzt werden. Durch die Mehrzahl an Ausbreitungswegen, die in Aufwärtsrichtung ausgewertet werden, verbessert sich die Übertragungsqualität.

In Randgebieten von Funkzellen, insbesondere bei Sektor zellen, wird die Empfangssicherheit erhöht, da die Signale von zumindest zwei Basisstationen empfangen werden und die evtl. gestörten Signale optimal kombiniert werden können. Das Verfahren verbessert in Aufwärtsrichtung die Leistungsbilanz einer Verbindung, so daß die Teilnehmerstation auch bei ge ringer Sendeleistung und ungünstigen Übertragungsbedingungen betrieben werden können und somit längere Gesprächszeiten und Stand-by-Zeiten zulassen.

Durch das Makrodiversitäts-Empfangsverfahren wird die in stallierte Hardware einer Basisstation besser ausgenutzt. Diese verbesserte Ausnutzung der Hardware der Empfangsein richtung ist im übrigen, über einen TDMA-Rahmen betrachtet, unabhängig davon wieviele Zeitschlitze pro Rahmen einer Ba sisstation zugeteilt sind.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung er mittelt jede Basisstation die ihr nicht zugeteilten Zeit schlitze der Aufwärtsrichtung mittels einer Überwachungs prozedur selbst. Die Überwachungsprozedur kann zwischen den in Aufwärts- oder Abwärtsrichtung genutzten Zeitschlitzen anhand einer Auswertung der empfangenen Signale (Doppler shift, Informationsinhalt und -struktur) unterscheiden. Gemäß dieser Ausbildung der Erfindung ist kein zusätzlicher Signa lisierungsaufwand nötig. Alternativ ist es möglich, den Basisstationen nicht nur die ihnen zugeteilten, sondern auch die ihnen nicht zugeteilten Zeitschlitze der Aufwärtsrichtung von einer zentralen Einheit mitzuteilen. Dies kann innerhalb der Zuteilungssignalisierung geschehen, die im Extremfall ja auch die Zuteilung aller Zeitschlitze an eine Basisstation beinhalten müßte. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß sich die Basisstationen untereinander die ih nen zugeteilten Zeitschlitze der Aufwärtsrichtung mitteilen. Z. B. durch eine Auswertung von Signalisierungskanälen der Funkschnittstelle anderer Basisstationen können hierbei zu sätzlich weitere Informationen über die Datenübertragung, wie Art der Datenübertragung, mitgeteilt werden.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Basisstationen für Sektorzellen an einem Standort oder an unterschiedlichen Standorten montiert sind. Die Kombination der Empfangssignale erfolgt damit entweder bereits innerhalb eines Basisstations komplexes eines Standorts oder in einer zentralen Einrich tung, die mehrere Basisstationen verbindet.

Die Erfindung ist besonders dann vorteilhaft einsetzbar, wenn das Frequenzband breitbandig ist und sich innerhalb des Fre quenzbandes gleichzeitig übertragene Signale anhand eines verbindungsindividuellen Spreizkodes unterscheiden. Innerhalb eines breitbandigen Frequenzbandes sind viele Verbindungen übertragbar, so daß der Diversitätsgewinn in diesem Fall für mehrere, im Extremfall für alle, Verbindungen gemeinsam ein gesetzt werden kann.

Die Kombination der Empfangssignale kann innerhalb der physi kalischen Schicht durch eine MRC-Kombination oder in höheren Schichten durch eine selektive Kombination erfolgen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beilie genden Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen

Fig. 1 ein Funk-Kommunikationssystem,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer TDD-Funk schnittstelle zwischen Basisstation und Teilneh merstationen,

Fig. 3, 4 Varianten von Basisstatiosanordnungen, und

Fig. 5, 6 eine schematische Darstellung des Makrodiversitäts- Empfangsverfahren.

Das in Fig. 1 dargestellte Mobilfunksystem als Beispiel eines Funk-Kommunikationssystems besteht aus einer Vielzahl von Mo bilvermittlungsstellen MSC, die untereinander vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN herstellen. Weiterhin sind diese Mobilvermittlungsstellen MSC mit jeweils zumindest einer Einrichtung RRC zur Steuerung der Basisstationen BS und zum Zuteilen von funktechnischen Ressourcen, d. h. einem Funk ressourcenmanager, verbunden. Jede dieser Einrichtungen RRC ermöglicht wiederum eine Verbindung zu zumindest einer Basis station BS. Eine solche Basisstation BS kann über eine Funk schnittstelle eine Verbindung zu einer Teilnehmerstation, z. B. Mobilstationen MS oder anderweitigen mobilen und statio nären Endgeräten, aufbauen. Durch jede Basisstation BS wird zumindest eine Funkzelle gebildet.

In Fig. 1 sind beispielhaft Verbindungen V1, V2, V3 zur Über tragung von Daten dargestellt. Ein Operations- und Wartungs zentrum OMC realisiert Kontroll- und Wartungsfunktionen für das Mobilfunksystem bzw. für Teile davon. Die Funktionalität dieser Struktur ist auf andere Funk-Kommunikationssysteme übertragbar, in denen die Erfindung zum Einsatz kommen kann, insbesondere für Teilnehmerzugangsnetze mit drahtlosem Teil nehmeranschluß und für im unlizensierten Frequenzbereich betriebene Basisstationen und Teilnehmerstationen.

Die Rahmenstruktur einer TDD-Funkübertragung (time division duplex) ist aus Fig. 2 ersichtlich. Innerhalb eines breitban digen Frequenzbereichs, beispielsweise der Bandbreite B = 5 MHz findet gemäß einer TDMA-Komponente (time division mul tiple access) ist eine Aufteilung in mehrere Zeitschlitze ts gleicher Zeitdauer, beispielsweise 16 Zeitschlitze ts 1 bis 16 pro Rahmen fr statt. Jeder Basisstation BS1 bis BS3 sind einige Zeitschlitze ts zugeteilt. Ein Teil der Zeitschlitze ts wird jeweils in Abwärtsrichtung DL und ein Teil der Zeit schlitze wird in Aufwärtsrichtung UL benutzt.

Bei diesem TDD-Übertragungsverfahren entspricht das Frequenz band für die Aufwärtsrichtung UL dem Frequenzband für die Ab wärtsrichtung DL. Gleiches wiederholt sich für weitere Trä gerfrequenzen. Durch die variable Zuteilung der Zeitschlitze ts für Auf- oder Abwärtsrichtung UL, DL können vielfältige asymmetrische Ressourcenzuteilungen und durch die beliebige Zuteilung der Zeitschlitze ts auf die Basisstationen BS1 bis BS3 eine lastabhängige Anpassung der einer Basisstation BS zugeteilten funktechnischen Ressourcen vorgenommen werden.

Die Zuteilung der Zeitschlitze ts erfolgt in der Einrichtung RRC zur Zuteilung von funktechnischen Ressourcen, wobei ein Zeitschlitz ts nur einer Basisstation BS1 bis BS3 zugeteilt ist. Die einer Basisstation BS1 zugeteilten Zeitschlitze ts werden dieser durch die Einrichtung RRC signalisiert. Welche Zeitschlitze ts die übrigen Basisstationen BS2, BS3 verwenden und in welcher Übertragungsrichtung UL, DL kann die erste Basisstation BS1 auf unterschiedliche Weise ermitteln.

1. Methode:

Der ersten Basisstation BS wird nicht nur die sich betref fende Zuteilung signalisiert, sondern die Zuteilung und Ver wendung jedes einzelnen Zeitschlitzes ts des Rahmens (zusätz lich auch noch die verwendeten Spreizkodes c). Es gibt somit eine Signalisierungsprozedur für die gesamte Zuteilung.

2. Methode:

Die Basisstationen BS signalisieren untereinander, welche Zeitschlitze ts sie benutzen und ob dies in Auf- oder Ab wärtsrichtung UL, DL erfolgt. Die Benutzung von Zeitschlitzen ts wird üblicherweise den Mobilstationen MS in einem FACH (forward link access channel) Kanal (Punkt-zu-Multipunkt Ver bindung) über die Funkschnittstelle in Abwärtsrichtung DL signalisiert, damit diese informiert sind, daß ein Daten transfer und welcher Typ von Datentransfer stattfindet. Die im FACH übertragenen Informationen enthalten auch Angaben, welche Ressourcen einer Basisstation BS wann, wie lange und an welche Mobilstation MS zugewiesen wurden. Diese Infor mationen werden nach Methode 2 auch von den übrigen Basis stationen BS ausgewertet.

3. Methode:

Mit einer Überwachungsprozedur stellt jede Basisstation BS fest, in welche Übertragungsrichtung und von welcher Basis station BS die übrigen, ihr nicht zugeteilten Zeitschlitze ts benutzt werden. Dazu empfängt die Basisstation BS in allen ihr nicht zugewiesenen Zeitschlitzen ts und rekonstruiert anhand der empfangenen Information die Zuteilung.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die drei Methoden mit einander kombiniert werden.

Innerhalb der Zeitschlitze ts werden Informationen mehrerer Verbindungen in Funkblöcken übertragen. Die Daten sind ver bindungsindividuell mit einer Feinstruktur, einem Spreizkode c, gespreizt, so daß empfangsseitig beispielsweise n Verbin dungen durch diese CDMA-Komponente (code division multiple access) separierbar sind.

Die drei Basisstationen BS1 bis BS3 sind entweder am gleichen Standort untergebracht und versorgen unterschiedliche Sekto ren, Fig. 3, oder sind an unterschiedlichen Standorten mon tiert, Fig. 4. In beiden Fällen überlappen sich die Abstrah lungsdiagramme der Basisstationen BS zumindest teilweise.

In Fig. 5 ist eine Situation gezeigt, in der einer ersten Basisstation BS1 die ersten vier Zeitschlitze 1-4, einer zweiten Basisstation BS2, die Zeitschlitze 5-11 und einer dritten Basisstation BS3 die Zeitschlitze 12-16 zugeteilt sind. Eine Mobilstation MS befindet sich in er Funkzelle der ersten Basisstation BS1 und benutzt für die Aufwärtsrichtung UL den ersten Zeitschlitz 1 und für die Abwärtsrichtung. DL den Zeitschlitz 3. Die Spreizkodes c werden im weiteren nicht betrachtet.

Die Empfangseinrichtung RX der ersten Basisstation BS1 emp fängt somit im ersten Zeitschlitz 1 die von der Mobilstation MS gesendeten Signale und eine Sendeeinrichtung TX der ersten Basisstation BS1 sendet im dritten Zeitschlitz 3 an die Mo bilstation MS. Eine Empfangseinrichtung RX der zweiten Basis station BS2, die eine benachbarte Basisstation zur ersten Ba sisstation BS1 ist, empfängt zusätzlich im ersten Zeitschlitz 1 die Signale der Mobilstation MS, obwohl ihr dieser Zeit schlitz 1 nicht zugeteilt ist. Somit können die Empfangs signale der beiden Basisstation BS1, BS2 miteinander kombi niert werden. Dies erfolgt in einer Kombinationseinrichtung KE. Zur Kombination wird entweder eine MRC (maximum ration combining) Kombination der Daten der physikalischen Schicht oder eine selektive Kombination von RLC-Datenrahmen (RLC radio link control) eingesetzt. Einzelheiten zur Kombination von zwei Empfangssignalen sind aus EP 96 114 902 entnehmbar.

Falls durch die Bewegung der Mobilstation MS eine Übergabe an eine benachbarte Basisstation BS2 nötig ist, so ist dies im Gegensatz zu W-CDMA (wideband code division multiple access) ein Hard-Handover, da der Mobilstation MS neue Zeitschlitze ts 6 und 8 zugeteilt werden (siehe Fig. 6). Die zweite Basis station BS2 kann nicht die Zeitschlitze 1 und 3 beibehalten, sondern muß die ihr zugeteilten Zeitschlitze 5-11 zur Ver sorgung der Mobilstation MS nutzen. Wenn die Empfangsver hältnisse es zulassen, so wird jedoch der Makrodiversitäts- Empfang fortgesetzt und die ersten Basisstation BS1 empfängt zusätzlich im Zeitschlitz 8, der eigentlich der zweiten Basisstation BS2 zugeteilt ist.

Da nach Fig. 2 in einem Zeitschlitz ts nicht nur die Signale einer Mobilstation MS sondern durch Spreizkodes c separier bare Signale mehrerer Mobilstationen MS übertragen werden, empfängt eine Basisstation BS ein Signalgemisch. Dieses Sig nalgemisch ist bezüglich zeitlicher Synchronität und Emp fangsleistung auf die Basisstation BS1 optimiert, die die Mobilstation MS versorgt. Für welche der Empfangssignale bei der zweiten Basisstation BS2 eine Kombination durchgeführt wird, hängt von den verbindungsindividuellen Übertragungs bedingungen ab. Ein dort leistungsmäßig zu schwaches Emp fangssignal oder eines mit unzureichender Synchronität zur der weiteren Basisstation BS2 kann nicht dem Makrodiversi täts-Empfang unterzogen werden. Der Makrodiversitäts-Empfang ist somit verbindungsindividuell.

Die Entscheidung, wann für eine Mobilstation MS der Makro diversitäts-Empfang begonnen oder beendet wird, hängt von Qualitätsparametern ab, die fortlaufend bestimmt werden. Ist der Beitrag der jeweils zusätzlichen Basisstation BS2, BS1 zur Erhöhung der Empfangsqualität unbedeutend oder gar kon traproduktiv, dann wird die Kombination eingestellt. Je nachdem, ob die Kombinationseinrichtung KE an einem Standort mit den zwei am Makrodiversitäts-Empfang beteiligten Basis stationen BS1, BS2 angeordnet ist oder nicht, ist eine zu sätzliche Übertragungskapazität in der Verbindung der Basis stationen BS zu anderen Netzelementen erforderlich. Auch dies beeinflußt die Entscheidung über das Zu- bzw. Abschalten der Makrodiversität. Sind die zusätzlichen Aufwendungen groß, so wird der Makrodiversitäts-Empfang nur bei sehr schlechter Empfangsqualität oder bei ausreichend Übertragungsressourcen zwischen den Basisstationen BS genutzt.

Die Einstellung der Sendeleistung der Mobilstation MS erfolgt beim Makrodiversitäts-Empfang trotzdem nur basierend auf der Auswertung durch eine Basisstation BS1 oder BS2. Die Tatsache des Mehrfachempfangs spielt keine Rolle.

Claims

1. Verfahren zur Datenübertragung mit Makrodiversitäts- Empfang über eine Funkschnittstelle zwischen einer Basis station (BS) und Teilnehmerstationen (MS) in einem Funk- Kommunikationsystem, bei dem

1. die Funkschnittstelle innerhalb eines Frequenzbandes nach einem Zeitmultiplex-Verfahren in mehrere, jeweils einen Rahmen (fr) bildende Zeitschlitze (ts) organisiert ist,
2. die Zeitschlitze (ts) wahlweise in Auf- oder Abwärtsrich tung (UL, DL) benutzt werden,
3. die Zeitschlitze (ts) eines Rahmens (fr) unterschiedlichen Basisstationen (BS) zugeteilt sind,
4. die Basisstationen (BS) exklusiv in den ihnen zugeteilten Zeitschlitzen (ts) der Abwärtsrichtung (DL) senden,
5. die Basisstationen (BS) auch in denen ihnen nicht zuge teilten Zeitschlitzen (ts) der Aufwärtsrichtung (UL) empfangen,
6. Empfangssignale von zumindest zwei Basisstationen (BS) miteinander kombiniert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jede Basisstation (BS) die ihr nicht zugeteilten Zeitschlitze (ts) der Aufwärtsrichtung (UL) mittels einer Über wachungsprozedur selbst ermittelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem den Basisstationen (BS) die ihnen nicht zugeteilten Zeit schlitze (ts) der Aufwärtsrichtung (UL) von einer zentralen Einheit (RRC) mitgeteilt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sich die Basisstationen (BS) untereinander die ihnen zuge teilte Zeitschlitzen (ts) der Aufwärtsrichtung (UL) mit teilen.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Basisstationen (BS) für Sektorzellen an einem Standort montiert sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Basisstationen (BS) an unterschiedlichen Standorten montiert sind.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Frequenzband breitbandig ist und sich innerhalb des Fre quenzbandes gleichzeitig übertragene Signale anhand eines verbindungsindividuellen Spreizkodes (c) unterscheiden.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Kombination eine MRC-Kombination ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Kombination eine selektive Kombination ist.

10. Funk-Kommunikationssystem zur Datenübertragung mit Makro diversitäts-Empfang über eine Funkschnittstelle zwischen einer Basisstation (BS) und Teilnehmerstationen (MS), mit einer Einrichtung (RRC) zur Zuteilung von funktechnischen Ressourcen, so daß

1. die Funkschnittstelle innerhalb eines Frequenzbandes nach einem Zeitmultiplex-Verfahren in mehrere, jeweils einen Rahmen (fr) bildende Zeitschlitze (ts) organisiert ist,
2. die Zeitschlitze (ts) wahlweise in Auf- oder Abwärtsrich tung (UL, DL) benutzt werden,
3. die Zeitschlitze (ts) eines Rahmens (fr) unterschiedlichen Basisstationen (BS) zugeteilt sind,

mit Sendeeinrichtungen (TX) in den Basisstationen (BS), die exklusiv in den ihnen zugeteilten Zeitschlitzen (ts) der Abwärtsrichtung (DL) senden,
mit Empfangseinrichtungen (RX) in den Basisstationen (BS), die auch in denen ihnen nicht zugeteilten Zeitschlitzen (ts) der Aufwärtsrichtung (UL) empfangen,
mit einer Kombinationseinrichtung (KE), die die Empfangs signale von zumindest zwei Basisstationen (BS) miteinander kombiniert.