DE69932951T2

DE69932951T2 - Verfahren zur gerichteten funkkommunikation

Info

Publication number: DE69932951T2
Application number: DE69932951T
Authority: DE
Inventors: Marcos Katz; T. Juha YLITALO
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1999-05-01
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2019-09-15
Also published as: US6763237B1; AU4138999A; WO2000067509A1; US6771989B1; WO2000067510A1; WO2000067508A1; EP1175802A1; US7072692B1; DE69932859D1; DE69932859T2; EP1188337A1; AU6082699A; EP1188336A1; DE69932951D1; EP1188336B1; EP1175802B1; AU5863199A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der Richtfunkkommunikation und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf ein Verfahren zur Verwendung in zellularen Kommunikationsnetzwerken, die Raumteilungsmehrfachzugriff verwenden.
Auf Raumteilungsmehrfachzugriff basierende zellulare Kommunikationsnetzwerke und die damit verbundenen Vorteile sind wohl bekannt. Der durch ein zellulares Netzwerk abgedeckte Bereich ist in eine Vielzahl von Zellen oder Zellsektoren unterteilt. Jede Zelle wird durch eine Basisstation bedient, die Signale zu und Signale von einer Mobilstation sendet und empfängt, die in der/dem mit der jeweiligen Basisstation assoziierten Zelle oder Zellsektor lokalisiert ist. In einem Raumteilungsmehrfachzugriffssystem sendet die Basissendeempfängerstation keine für eine gegebene Mobilstation vorgesehenen Signale über die Zelle oder den Zellsektor hinweg, sondern sendet das Signal lediglich in eine Strahlrichtung, aus der ein Signal von der Mobilstation empfangen ist.
Da der Strahl, der durch die Basissendeempfängerstation gesendet ist, womöglich lediglich in eine bestimmte Richtung gesendet wird und demgemäß vergleichsweise schmal sein kann, ist die Sendeenergie in jenen schmalen Strahl konzentriert. Die Basisstation ist ebenso in der Lage, die aus unterschiedlichen Richtungen empfangenen Signale zu unterscheiden. Dies führt sowohl bei den von der Basissendeempfängerstation gesendeten Signalen als auch bei den durch die Basissendeempfängerstation empfangenen Signalen zu einem besseren Signal-zu-Rauschverhältnis. Es wird ebenso die Interferenz verringert, die durch das Signal verursacht wird, das durch die Basisstation zu der Mobilstation zu anderen Mobilstationen in derselben Zelle oder benachbarten Zellen gesendet ist. Dies erhöht die Kapazität des Systems und/oder erhöht die Kommunikationsqualität.
SDMA-(Raumteilungsmehrfachzugriff, "space division multiple access")-Systeme können in analogen und digitalen zellularen Netzwerken implementiert sein und können in den verschiedenen existierenden Standards umfasst sein, wie GSM, DCS 1800, TACS, AMPS und NMT. SDMA-Systeme können ebenso in Verbindung mit anderen existierenden Mehrfachzugriffstechniken verwendet werden, die beispielsweise auf Zeitteilungsmehrfachzugriffs-(TDMA, "time division multiple access"), Codeteilungsmehrfachzugriffs-(CDMA, "code division multiple access"), wie jene, die durch den US IS-95-CDMR-Standard und den vorgeschlagenen Standard dritter Generation beschrieben sind, und Frequenzteilungsmehrfachzugriffs-(FDMA, "frequency division multiple access")-Techniken basieren.
Von einer Mobilstation zu einer Basissendeempfängerstation gesendete Signale sind als "Uplink"-Signale und von einer Basissendeempfängerstation zu einer Mobilstation gesendete Signale sind als "Downlink"-Signale bekannt. Der durch die Basissendeempfängerstation von der Mobilstation empfangene Uplink-Kommunikationsstrom umfasst eine Reihe von Kommunikationsbursts, die in aufeinander folgenden Zeitschlitzen empfangen sind. Jeder empfangene Burst des Uplink-Kommunikationsstroms enthält ein Referenzsignal und ein Datensignal.
In gleicher Weise umfasst der von der Basissendeempfängerstation zu der Mobilstation gesendete Downlink-Kommunikationsstrom eine Reihe von Kommunikationsbursts, die in aufeinander folgenden Zeitschlitzen gesendet sind. Jeder jeweilige Burst des Downlink-Kommunikationsstroms umfasst ein Referenzsignal und ein Datensignal. Die Referenzsignale des Uplink- und des Downlink-Kommunikationsstroms sind in diesem Beispiel Pilotsignale genannt, die in CDMA-Systemen die Referenzsignale sind.
Von Basisstationen gesendete Signale sollen mit genügend Energie gesendet werden, um zu gewährleisten, dass das durch eine bestimmte Zielmobilstation empfangene Signal eine akzeptable Qualität aufweist, während zugleich versucht wird, die Wirkung jenes Signals auf andere aktive Mobilstationen zu minimieren, die in demselben oder anderen Sektoren operieren.
Konventionelle adaptive Basissendeempfängerstationen verarbeiten jeden in der Uplink-Richtung empfangenen Kommunikationsburst, um Sendeparameter für den entsprechenden Burst in der Downlink-Richtung zu bestimmen. Die Senderichtung, die in der Downlink-Kommunikation für einen gegebenen Zeitschlitz zu verwenden ist, wird auf der Grundlage von Ankunftsrichtungsinformationen bestimmt, die aus der Uplink-Kommunikation des entsprechenden Zeitschlitzes geschätzt sind, wobei sich die Uplink- und Downlink-Signale auf unterschiedlichen Frequenzen befinden.
Eine Schaltung innerhalb der Basissenderempfängerstation bestimmt für jeden Empfangszeitschlitz ein Winkelenergieprofil des Uplink-Signals, das auf dem Basisstationsarray von der Mobilstation auftrifft, und gibt Sendeparameter an, die in jedem Sendezeitschlitz zu verwenden sind. In der Praxis wird das bestimmte Winkelenergieprofil einer Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung zugeführt, die einen Strahlauswahlalgorithmus ausführt, um die Downlink-Sendeparameter zu bestimmen. Somit wird die oder jede Senderichtung für einen gegebenen Kommunikationsburst, der das Pilot- und das Datensignal innerhalb jenes Bursts enthält, aus Schätzungen von Pilotsymbolen bestimmt, die von der Mobilstation während des entsprechenden Uplink-Kommunikationsbursts empfangen sind. Die ausgewählten Sendeparameter werden zumindest für die Dauer jenes Bursts festgehalten, d.h. für den gesamten Sendezeitschlitz.
Ein Signal von einer Mobilstation folgt im Allgemeinen bekanntermaßen mehreren Wegen zu der BTS (Basissendeempfängerstation, "base transceiver station"). Jene Vielzahl von Wegen wird im Allgemeinen Mehrfachwege genannt. Ein gegebenes Signal, das von der Mobilstation gesendet ist, kann aufgrund dieser Mehrfachwegewirkungen dann durch die Basissenderempfängerstation aus mehr als einer Richtung empfangen werden.
Im Allgemeinen führt die Verwendung von Strahlen in mehr als einer Downlink-Senderichtung zu einer besseren Qualität des bei der Mobilstation empfangenen Signals. Ein Grund dafür besteht darin, dass das Verwenden einer Vielzahl von Strahlen die Winkeldiversität erhöht und folglich die Signalausfallwahrscheinlichkeit verringert. Eine größere Anzahl von Strahlen führt jedoch zu der Erzeugung von mehr Interferenz. Unter bestimmten Umstän den bedeutet die Natur der erzeugten Interferenz, dass selbst ein Begrenzen der Sendung auf zwei Strahlrichtungen Problemen zwischen Mitkanalbenutzern keine Abhilfe schafft.
Die Leistungsfähigkeit des Downlink wird nicht lediglich hinsichtlich der Signalqualität bei der empfangenden Mobilstation gemessen, sondern ebenso unter Berücksichtigung der Verwendung von Funkressourcen und der Interferenz bei anderen Benutzern, die sich aus dem Erfordernis zum Erreichen jenes Qualitätsniveaus ergibt. Die Basisstation strebt nach einem Erreichen einer Signalqualität bei der Mobilstation, die zum Erzeugen einer akzeptablen und/oder vorbestimmten Dienstgüte mit einer minimalen Aufwendung an Funkressourcen hinreichend ist. Die Spektraleffizienz weist eine direkte Auswirkung auf die Systemkapazität und Anbindungsleistungsfähigkeit auf. Ein Verbessern der Anbindungsleistungsfähigkeit erfordert im Allgemeinen eine Erhöhung bei einer Sendeenergie oder eine erhöhte Verwendung von Funkressourcen, von denen beide zum Erhöhen des Pegels erzeugter Interferenz tendieren.
Dieses Problem wird in Umgebungen verschärft, die durch größere Winkelstreumaße (z.B. Mikro- und Pikozellen) gekennzeichnet sind und ebenso, wenn die Winkelauflösung einer Basisstation erhöht wird (z.B. die Anzahl von Antennenelementen groß ist). Die Funkkanäle von Innen-("Indoor")-Umgebungen sind typischerweise durch kleine Verzögerung und Doppler-Streumaße und große Winkelstreumaße gekennzeichnet. Dieses Verhalten resultiert aus den ziemlich kurzen Basis-zu-Mobilstationsabständen (die Zelle ist klein), aus der vergleichsweise geringen Mobilität der Benutzer und der physikalischen Umgebung und aus der Tatsache, dass zwischen der umliegenden Umgebung und Sende- und Empfangseinheiten vergleichbare Abstände existieren.
Ein besonderer Aspekt von Innenumgebungen besteht in dem gleichzeitigen Vorhandensein von unterschiedlichen Verkehrsarten, die beispielsweise Mehrfachratendienste umfassen. Ein gemeinsames Betriebsszenario enthält beispielsweise einige wenige Hochbitratenbenutzer, wobei der Rest aus Grund-(Sprachen)-Benutzern besteht, die alle zum selben Zeitpunkt operieren. Eine wirksame Sendestrategie für eine adaptive Antennen verwendende Basisstation liegt womöglich im Auswählen der zweckdienlichsten Downlink-Senderichtungen auf der Grundlage von geschätzten Uplink-Richtungen mit hoher zugehöriger Energie.
In einer Umgebung mit niedriger Mobilität (z.B. einer Innenzelle) tendiert die physikalische Funkumgebung dazu, für eine erhebliche Zeitspanne unverändert zu bleiben, und somit wird (werden) die für eine jede Mobilstation ausgewählte(n) Senderichtung(en) für vergleichsweise lange Spannen gleich aufrechterhalten. In Mehrfachratenumgebungen kann dieser Ansatz unerwünscht hohe Pegel an Interferenz mit räumlichem Farbgrad erzeugen. Die Hintergrundinterferenz variiert mit anderen Worten über die Zelle hinweg. Beispielsweise wählt eine Basisstation, die einen in einer Pikozelle (d.h. einer kleinen Zelle) operierenden ortsfesten oder sich langsam bewegenden Hochbitratenbenutzer bedient, einige wenige (z.B. zwei) Senderichtungen auf der Grundlage der am besten empfangenen Signalwege. Außerdem erzeugt die Basisstation ebenso eine Interferenz mit hoher Energie in den ausgewählten Richtungen, um der Hochbitratenzielmobilstation Signale bereitzustellen. Innerhalb des entsprechenden ausgeleuchteten Bereichs operierende Niedrigbitratenbenutzer werden klar durch diese Interferenz des Kreuzkorrelationstyps beeinflusst. Die Herabminderungswirkung der Interferenz wird durch die Tatsache intensiviert, dass interferierende Signale dazu tendieren, in dem räumlichen (und Verzögerungs-) Bereich unverändert zu bleiben, und folglich kann keine Mittelwertbildung durch den Empfänger ausgenutzt werden.
Somit tendiert in Innenumgebungen und anderen Umgebungen, in denen das Winkelstreumaß groß ist und/oder die Benutzermobilität gering ist, eine adaptive Antennen verwendende konventionelle Basisstation zum Erzeugen einer Interferenz mit hohem Farbgrad, wenn sie in der Downlink-Richtung sendet. Die durch die Hochbitratenbenutzer verwendeten Raumrichtungen tendieren dazu, Signale auf hohen Pegeln von Sendeenergie zu enthalten, und beeinflussen somit Mitkanalbenutzer niedrigerer Bitrate.
Die Druckschrift WO 96/37969 offenbart ein Verfahren des Bestimmens bei einer Basisstation eines Satzes von Ankunftsrichtungen von Signalen von einer Mobilstation, so dass ein Signal von der Basisstation zu der Mobilstation unter Verwendung dieser Richtungen gesendet werden kann. Die durch die Druckschrift WO 96/37969 verursachte Interferenz ist jedoch immer noch mit einem hohen räumlichen Farbgrad versehen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung streben nach einem Bereitstellen eines verbesserten Verfahrens zur Richtfunkkommunikation.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zur Richtfunkkommunikation zwischen einer ersten Station und einer zweiten Station bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte Bestimmen, bei der ersten Station, eines Satzes von einer oder mehreren Strahlrichtungen, die zur Verwendung beim Senden eines Signals von der ersten Station zu der zweiten Station realisierbar sind, unter Verwendung eines von der zweiten Station empfangenen Signals, Auswählen, bei der ersten Station, von zumindest einer der Strahlrichtungen zur Sendung eines Signals von der ersten Station zu der zweiten Station, umfasst, wobei die Auswahl der zumindest einen Richtung zur Sendung derart erfolgt, dass aufeinander folgende Signale oder Gruppen von Signalen in im Wesentlichen unterschiedlichen Richtungen gesendet werden, und derart, dass im Mittel jede für die erste Station zur Verfügung stehende Strahlrichtung für eine im Wesentlichen gleiche Anzahl von Vorgängen verwendet wird.
In einem Ausführungsbeispiel ist eine Strahlrichtung für die Sendung eines Signals von der ersten Station zu der zweiten Station ausgewählt. Es kann jedoch mehr als eine Strahlrichtung für die Sendung eines Signals von der ersten Station zu der zweiten Station ausgewählt werden. Es werden vorzugsweise zwei Strahlrichtungen für die Sendung eines Signals von der ersten Station zu der zweiten Station ausgewählt.
In bestimmten Ausführungsbeispielen wird die zumindest eine Richtung zur Sendung für einen gegebenen Zeitschlitz ausgewählt. Die zumindest eine Richtung zur Sendung kann jedoch für ein gegebenes Signalpaket ausgewählt werden. Alternativ wird die zumindest eine Richtung zur Sendung innerhalb eines Signalbursts derart variiert, dass die zumindest eine Richtung zur Sendung für einen Komponentenabschnitt eines Signalpakets oder eines Zeitschlitzes ausgewählt wird.
In einigen Ausführungsbeispielen kann die Senderichtung durch einen Zufallsauswahlschritt und einen nachfolgenden Verifikationsschritt ausgewählt werden. In weiteren Ausführungsbeispielen wird die zumindest eine Richtung zur Sendung aus dem Satz von realisierbaren Richtungen gemäß vorbestimmten Regeln ausgewählt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Richtfunkkommunikation zwischen einer ersten Station und einer zweiten Station bereitgestellt, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zum Bestimmen eines Satzes von einer oder mehreren Strahlrichtungen, die zur Verwendung beim Senden eines Signals von der ersten Station zu der zweiten Station realisierbar sind, unter Verwendung eines von der zweiten Station empfangenen Signals, eine Einrichtung zum Auswählen umfasst, bei der ersten Station, von zumindest einer der Strahlrichtungen zur Sendung eines Signals von der ersten Station zu der zweiten Station, wobei die Auswahl der zumindest einen Richtung zur Sendung derart gesteuert ist, dass aufeinander folgende Signale oder Gruppen von Signalen in im Wesentlichen unterschiedlichen Richtungen gesendet werden, und derart, dass im Mittel jede für die erste Station zur Verfügung stehende Strahlrichtung für eine im Wesentlichen gleiche Anzahl von Vorgängen verwendet wird.
Bevorzugte Verfahren und die Vorrichtung verbessern die Anbindungsqualität, da sie zu Verbesserungen bei den räumlichen Korrelationen zwischen den Uplink- und Downlink-Kanälen führen. Bevorzugte Verfahren stellen ebenso eine schnelle Winkeldiversität und die effiziente Weißverarbeitung der erzeugten Mitkanalinterferenz bereit. Ausführungsbeispiele der Erfindung bildende Verfahren weisen insbesondere Vorteile in Funkumgebungen auf, die durch große Winkelstreumaße charakterisiert sind, und/oder in denen Basissendeempfängerstationen vergleichsweise hohe Winkelauflösungen aufweisen.
Eine Anzahl von Senderichtungsauswahlmodellen kann in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen eingesetzt sein.
Zu einem besseren Verständnis der Erfindung, und wie dieselbe ausgeführt werden kann, ist lediglich beispielbezogen Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Basissendeempfängerstation und deren zugehörige Zellsektoren,
2 eine schematische Ansicht der Basissendeempfängerstation gemäß 1,
3 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels,
4 ein Beispiel von Ankunftsrichtungsdaten,
5 eine ausführlichere Darstellung eines Uplink-Kommunikationsbursts,
6 eine Darstellung von Uplink- und Downlink-Kommunikationsbursts, die in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 verwendet sind, und
7 eine Darstellung von Uplink- und Downlink-Kommunikationsbursts, die in einem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet sind.
Zuerst ist nachstehend Bezug auf 1 genommen, die drei Zellsektoren 2 eines zellularen Mobiltelefonnetzwerks zeigt. Die drei Zellsektoren 2 werden durch jeweilige Basissendeempfängerstationen (BTS) 4 bedient. Es sind drei separate Basissendeempfängerstationen 4 bei demselben Ort bereitgestellt. Eine jede BTS 4 weist einen Sendeempfänger auf, der Signale zu und von einem jeweiligen der drei Zellsektoren 2 sendet und empfängt. Somit ist eine zugewiesene Basissendeempfängerstation für jeden Zellsektor 2 bereitgestellt. Eine jede BTS 4 ist somit in der Lage, mit Mobilstationen (MS, "mobile station"), wie Mobiltelefonen, die in jeweiligen Zellsektoren 2 lokalisiert sind, zu kommunizieren.
Daten werden zwischen der Basisstation 4 und den Mobilstationen in aufeinander folgenden Kommunikationsbursts übertragen. Ein jeder Kommunikationsburst enthält ein Referenzsignal, das eine bekannte Sequenz von Daten ist. Der Zweck des Referenzsignals besteht im Allgemeinen darin, zu ermöglichen, dass Informationen, die den Betrieb des Systems unterstützen, durch die empfangende Station erhalten werden. Diese Art von Informationen enthält beispielsweise Ankunftsrichtungsinformationen, Signalstärkeninformationen und Verzögerungsinformationen. In gegenwärtigen GSM-Systemen ist das Referenzsignal Trainingssequenz genannt, wohingegen in CDMA-Systemen das Referenzsignal dem Pilotsignal entspricht. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind nachstehend in Zusammenhang mit einem Codeteilungsmehrfachzugriffssystem beschrieben, das einen Antennenarray bei der Basisstation verwendet. Ein jeder Kommunikationsburst wird in einem gegebenen Kommunikationskanal gesendet, der durch die ausgewählte Richtung und den angewendeten Spreizcode definiert ist.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Basissendeempfängerstation 4, die für Code-/Raumteilungsmehrfachzugriffssysteme geeignet ist. Die Basisstation 4 bedient lediglich einen der drei in 1 gezeigten Zellsektoren 2. Weitere zwei Basisstationen 4 sind zum Bedienen der weiteren zwei Zellsektoren bereitgestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass die in 2 gezeigten unterschiedlichen Blöcke nicht notwendigerweise getrennten Elementen einer tatsächlichen Basissendeempfängerstation zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen. Die in 2 gezeigten unterschiedlichen Blöcke entsprechen unterschiedlichen Funktionen, die durch die Basissendeempfängerstation ausgeführt werden.
Die Basissendeempfängerstation 4 weist ein Antennenarray 6 auf. In diesem Beispiel weist das Antennenarray 6 acht Antennenelemente auf. Die Elemente sind angeordnet, um eine Beabstandung von ungefähr einer halben Wellenlänge zwischen jedem Antennenelement aufzuweisen und sind in einer horizontalen Reihe in einer geraden Linie angeordnet. Ein jedes Antennenelement ist angeordnet, um Signale zu senden und zu empfangen, und kann jedweden geeigneten Aufbau aufweisen. Ein jedes Antennenelement kann eine Dipolantenne, eine Patch-Antenne oder jedwede andere geeignete Antenne sein. Die acht Antennenelemente definieren zusammen ein Phasenantennenarray 6.
Einem jeden Antennenelement der Phasenarrayantenne 6 ist das gleiche Signal zugeführt, das zu einer Mobilstation MS zu senden ist. Die Phasen der den jeweiligen Antennenelementen zugeführten Signale sind jedoch hinsichtlich einander verschoben. Die Unterschiede in der Phasenbeziehung zwischen den den jeweiligen Antennenelementen zugeführten Signalen ergibt ein Richtungsabstrahlmuster. Das Antennenarray 6 kann gesteuert werden, um einen Strahl in eine oder mehrere der acht gezeigten Richtungen b₁ bis b₈ bereitzustellen. Das Antennenarray 6 kann beispielsweise gesteuert werden, um ein Signal zu einer MS lediglich in die Strahlrichtung b₅ oder lediglich in die Strahlrichtung b₆ oder in mehr als eine Strahlrichtung zu demselben Zeitpunkt zu senden. Ein Signal kann ferner in zwei Richtungen, die durch Strahl b₅ und b₆ definiert sind, oder in die drei Richtungen gesendet werden, die durch b₁, b₂ und b₄ definiert sind.
Die Steuer- und Demodulationsschaltung 8 enthält eine Strahlbildungsschaltung, wie eine Butler-Matrixschaltung, Verstärkerstufen, Analog-zu-Digital-Umwandlungsarrays und Digital-zu-Analog-Umwandlungsarrays. In bestimmten Ausführungsbeispielen wird eine Digital-Strahlbildungseinrichtung anstelle einer Analog-Strahlbildungseinrichtung verwendet, und diese sind in dem Signalverarbeitungs- und Entscheidungsblock 10 implementiert. In der Empfangsrichtung erfasst die Strahlbildungsschaltung die Phasendifferenz zwischen jedem der durch die jeweiligen Antennenelemente empfangenen Signale und verwendet diese Informationen, um die oder jede Strahlrichtung zu bestimmen, aus der das Signal empfangen wurde. Empfangene Signale werden dann typischerweise durch die Verstärkerstufen zu der Demodulationsschaltung durchgereicht, in der die Trägerfrequenzkomponente entfernt wird. Das empfangene analoge Signal wird in ein digitales Signal umgewandelt und wird zu der Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung 10 ausgegeben. In der Senderichtung wird die relative Phase des einem jeden Antennenelement zugeführten Signals und somit die gewünschte Strahlrichtung durch die Strahlbildungsschaltung gesteuert. Vor Zuführung zu den Antennenelementen werden digitale Daten aus der Signalverarbeitungsschaltung in analoge Signale umgewandelt und auf die Trägerfrequenz moduliert.
Die Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung 10 entspreizt das empfangene Signal. Die Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung bestimmt die Kanalimpulsantwort für die empfangenen Signale, aus der Parameter bestimmt werden können, die zum Definieren eines Kanals zur Sendung von nachfolgenden Signalen verwendet werden. Die Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung 10 führt ebenso die Kreuzkorrelation und Analyse aus. Die Kreuzkorrelation wird zum Erzeugen von Abgriffen verwendet, die die Kanalimpulsantwort für jene Korrelation darstellen, und vergleicht empfangene Signale mit gespeicherten Informationen. Eine Kanalimpulsantwort wird für jeden Kanal erzeugt, die einem gegebenen Kommunikationsburst entspricht, der in jeder der acht Antennenrichtungen b₁ bis b₈ empfangen ist.
Die innerhalb der Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung 10 ausgeführte Analyse dient zum Bestimmen und Speichern der aus der Kanalimpulsantwort berechneten Maximalenergie. Die Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung 10 analysiert ebenso die Kanalimpulsantworten, um die minimale Verzögerung sicherzustellen, mit der ein gegebenes Signal empfangen wird. Der Kanal mit der minimalen Verzögerung kann den Sichtverbindungsweg zwischen einer Mobilstation und deren Basissendeempfängerstation darstellen.
Eine Entscheidungsschaltung der Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung 10 vergleicht die bestimmten Parameter für jeden Kanal, um Sendeparameter für nachfolgend zu sendende Signale zu bestimmen. Die Entscheidungsschaltung verwendet einen Strahlauswahlalgorithmus, um Sendeparameter, wie Strahlrichtung und Energiepegel, auf der Grundlage der Informationen aus den empfangenen Signalen auszuwählen. Diese Auswahl kann einfache Verfahren verwenden, wie das Auswählen der Strahlrichtung(en), die die Maximalenergie und/oder die minimale Verzögerung in den empfangenen Signalen aufweist (aufweisen). Alternativ können kompliziertere Verfahren des Auswählens verwendet werden.
3 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel. Die Basissendeempfängerstation empfängt wie in 3 gezeigt einen Uplink-Kommunikationsstrom 30 von einer Mobilstation. Der Uplink-Kommunikationsstrom 30 umfasst eine Reihe von aufeinander folgenden Kommunikationsbursts in dem (i-1)-ten, dem i-ten bzw. dem (i+1)-ten Empfangszeitschlitz. Ein jeder Kommunikationsburst enthält ein Pilotsignal P und ein Datensignal D. Das Pilotsignal P enthält eine bekannte Sequenz von Daten und wird in einer oder mehreren spezifischen Ankunftsrichtungen empfangen. In dem Beispiel von 3 ist das Pilotsignal des (i-1)-ten Zeitschlitzes in den Richtungen b₁ und b₂ empfangen. Das Pilotsignal des i-ten Zeitschlitzes ist in dem Zeitschlitz b₁, b₂ und b₃ empfangen. Das Pilotsignal des (i+1)-ten Zeitschlitzes ist in den Richtungen b₁ und b₃ empfangen. Die Signalverarbeitungs- und Entscheidungsschaltung 10 der Basissendeempfängerstation 4 verwendet einen Strahlauswahlalgorithmus 34 zum Bestimmen, welche Senderichtungen für einen gegebenen Downlink-Kommunikationszeitschlitz auf der Grundlage der Richtungen, in denen das Pilotsignal P in dem entsprechenden Uplink-Kommunikationsburst empfangen ist und möglicherweise ebenso unter Berücksichtigung von Informationen aus vorigen Zeitschlitzen 36. In weiteren Ausführungsbeispielen basiert eine Strahlauswahl zur Sendung in dem Downlink-Kommunikationsschlitz auf den Richtungen, in denen der gesamte Signalburst, d.h. sowohl das Pilot- als auch das Daten-Signal, empfangen sind.
Für eine Kommunikation in der Downlink-Richtung wird die zur Sendung ausgewählte Richtung von einem Kommunikationsburst zu dem nächsten variiert. Somit wird in diesem Beispiel eine unterschiedliche Downlink-Senderichtung, wann immer möglich, für jeden jeweiligen Zeitschlitz ausgewählt. Beispielsweise wird der (das Pilot- und das Datensignal enthaltende) Signalburst des (i+1)-ten Downlink-Zeitschlitzes in einer Richtung gesendet, die zu jener in dem i-ten Zeitschlitz verwendeten verschieden ist. Der Signalburst des i-ten Zeitschlitzes wird auf ähnliche Weise in eine Richtung gesendet, die von jener in dem (i-1)-ten Zeitschlitz verwendeten verschieden ist. Dies ist schematisch in 3 für die Signalbursts des Downlink-Stroms 32 durch die Richtantennenstrahlen b₁, b₂ und b₃ gezeigt. In diesem Beispiel wird die Senderichtung von einem Zeitschlitz zu dem nächsten geändert, und das Pilotsignal P und das Datensignal D innerhalb eines gegebenen Zeitschlitzes werden in dieselbe Richtung gesendet. Dies ist jedoch nicht notwendigerweise der Fall. Die Anzahl von verwendeten Richtungen kann von Zeitschlitz zu Zeitschlitz variieren, wie nachstehend beschrieben.
Die Gesamtanzahl von auswählbaren Strahlrichtungen ist typischerweise eine vorbestimmte Anzahl, die von der Anzahl von Elementen in dem Antennenarray abhängt. Gemäß dem allgemeinen Modell von 3 schätzt die Basissendeempfängerstation 4 ein Winkelenergieprofil bei Empfang eines Uplink-Kommunikationsbursts und bestimmt unter Verwendung dieser Informationen die Senderichtungen, die in dem entsprechenden Downlink-Kommunikationsburst zu verwenden sind. Dieses Winkelenergieprofil basiert auf den empfangenen Pilotsignalen P und enthält Ankunftsrichtungsinformationen, wobei ein Beispiel derer in 4 bereitgestellt ist. Prinzipiell kann jedwedes Verfahren zum Einschätzen der Ankunftsrichtung (DOA, „Direction of Arrival") verwendet werden, um den Satz von realisierbaren Senderichtungen zu bestimmen. Eine durch ein großes Winkelstreumaß gekennzeichnete Umgebung erzeugt eine Anzahl von unterschiedlichen Richtungen, die zur Verwendung in der Downlink-Senderichtung realisierbar sind. Das in 4 gezeigte Energieprofil zeigt eine geschätzte Signalenergie (oberhalb eines gegebenen Schwellenwerts Ta) als eine Funktion der Antennenstrahlrichtung, die im Azimutalankunftswinkel gemessen ist.
Gemäß dem Winkelenergieprofil von 4 sind Signale von nennenswerter Stärke, d. h. oberhalb des Schwellenwerts Th, in den Antennenstrahlrichtungen b₁, b₂, b₃ empfangen, wobei das Signal von maximaler Energie aus Richtung b₃ empfangen ist. Dieses Winkelenergieprofil kann deshalb dem in 3 gezeigten i-ten empfangenen Zeitschlitz entsprechen. Der vorbestimmte Schwellenwert Th wird verwendet, um sicherzustellen, dass lediglich nennenswerte Signalstärken aufweisende Ankunftsrichtungen berücksichtigt werden. Jedwede der Richtungen, aus denen Signale von nennenswerter Stärke empfangen sind, können als realisierbare Richtungen zur Sendung in der Downlink-Richtung betrachtet werden.
Unter Bezugnahme auf 5 kann ein Satz von realisierbaren Senderichtungen S_i und die Anzahl von realisierbaren Richtungen n_i aus dem Winkelenergieprofil bestimmt werden, das aus den Pilotsymbolen des i-ten empfangenen Zeitschlitzes bestimmt ist. Die Anzahl von realisierbaren Richtungen n_i entspricht der Anzahl von Richtungen, aus denen Signale empfangen sind, die eine Stärke größer als der vorbestimmte Schwellenwert Th aufweisen.
Somit kann der Satz von realisierbaren Senderichtungen S_i dargestellt werden als Si = {bi, b2, b3 ... bx, bx+1} (1)wobei b₁ ... b_x+1 alle realisierbaren Richtungen zur Sendung sind.
Der in 5 gezeigte Empfangskommunikationsstrom 30 zeigt drei fortlaufende Empfangszeitschlitze, nämlich den (i-1)-ten Zeitschlitz, den i-ten Zeitschlitz und den (i+1)-ten Zeitschlitz. Jeder Zeitschlitz umfasst Pilotsymbole P und Daten D. Drei Sätze von realisierbaren Senderichtungen S_i-1, S_i und S_i+1 sind gemäß den Winkelenergieprofilen erzeugt, die aus den Pilotsymbolen des (i-1)-ten, des i-ten bzw. des (i+1)-ten Empfangszeitschlitz bestimmt sind.
Im Allgemeinen hängt n_i von der Art der Funkumgebung ab und es steht zu erwarten, dass der Mittelwert von n_i mit dem Winkelstreumaß des fraglichen Kanals anwächst. Der Wert von n_i hängt ebenso von der räumlichen Auflösung der Basisstation ab (z. B. die Anzahl von getrennten Antennen, die das Antennenarray bilden). Die Änderungsrate der Elemente des Satzes von realisierbaren Senderichtungen S_i und dessen Größe n_i (d. h. die Anzahl von realisierbaren Richtungen) hängt direkt von der Änderungsrate der Funkumgebung ab. In Innenumgebungen kann die Anzahl von aus einem gegebenen Winkelenergieprofil bestimmten realisierbaren Senderichtungen womöglich zwischen zwei und sechs liegen, und ist er erst einmal bestimmt, dann kann der Satz von Richtungen im allgemeinen für ver gleichsweise lange Zeitspannen (z. B. einige 10 oder einige 100 Zeitschlitze) verwendet werden.
Die oder jede Senderichtung ist aus dem Satz von realisierbaren Senderichtungen S_i ausgewählt. Der aus dem Satz von realisierbaren Richtungen S_i ausgewählte Satz von Senderichtungen ist nachstehend als T_i und die Anzahl von Richtungen innerhalb jenes Satzes als l_i bezeichnet. Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Verfahrens zur Richtfunkkommunikation wählen, wann immer möglich, unterschiedliche Strahlrichtungen für aufeinander folgende Downlink-Signalsendungen aus. Das heißt, ein gegebener Signalburst des Downlink-Kommunikationsstroms wird, wann immer möglich, in eine Richtung gesendet, die im Wesentlichen von jener verschieden ist, die für den vorigen Signalburst verwendet wurde. Die Art und Weise der zur Downlink-Sendung verwendeten Auswahl strebt im Mittel nach einem Verwenden aller zur Verfügung stehenden Richtungen für eine gleiche Anzahl von Durchgängen. In dem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 6 wird eine einzelne Strahlrichtung zur Sendung aus den realisierbaren Richtungen (d. h. l_i = 1∀_i) ausgewählt. In anderen Ausführungsbeispielen werden jedoch mehrere Richtungen zur Sendung aus den realisierbaren Richtungen (d. h. l_i > 1∀_i) ausgewählt. Beispielsweise werden in dem nachstehend unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen Ausführungsbeispiel zwei Strahlrichtungen zur Sendung ausgewählt.
Unter Bezugnahme auf 6 wird lediglich eine Strahlrichtung zur Downlink-Sendung in jedem Zeitschlitz ausgewählt, und die ausgewählte Richtung ist, wann immer möglich, von jener verschieden, die zur Sendung in dem vorigen Zeitschlitz ausgewählt wurde. Für den in dem (i-1)-ten Zeitschlitz empfangenen Signalburst ist der Satz von realisierbaren Richtungen zur Sendung in der Downlink-Richtung als S_i-1 angegeben. Der Satz wird aus dem Winkelenergieprofil der in dem (i-1)-ten Zeitschlitz empfangenen Pilotsymbole bestimmt, wie vorstehend beschrieben. Der Strahlauswahlalgorithmus 34, dem Informationen bezüglich der in vorigen Zeitschlitzen verwendeten Senderichtungen bereitgestellt sind, wählt dann eine Strahlrichtung aus, die zur Sendung in dem entsprechenden Downlink-Zeitschlitz zu verwenden ist. In diesem Beispiel wird die Richtung ^i-1b_nx zur Sendung in dem entsprechenden (i-1)-ten Downlink-Zeitschlitz ausgewählt. Es ist offensichtlich, dass der Satz von realisierbaren Richtungen zur Downlink-Sendung die Richtung b_nx enthalten haben muss und dass er weitere realisierbare Senderichtungen für die Downlink-Kommunikation enthalten haben kann, oder nicht.
Für den in dem i-ten Zeitschlitz empfangenen Signalburst ist der Satz von möglichen Richtungen zur Sendung in der Downlink-Richtung als S_i angegeben. Dieser Satz ist aus dem Winkelenergieprofil für die empfangenen Pilotsymbole des i-ten Empfangszeitschlitzes bestimmt. Der Strahlauswahlalgorithmus 34 wählt eine Strahlrichtung zur Verwendung zur Sendung in dem entsprechenden Downlink-Zeitschlitz auf der Grundlage des Inhalts des Satzes S_i und mit dem Wissen aus, dass ^i-1b_nx als die Senderichtung in dem vorigen Downlink-Zeitschlitz verwendet wurde. In diesem Beispiel ist die Richtung ⁱb_nx zur Sendung in dem entsprechenden i-ten Downlink-Zeitschlitz ausgewählt. Es ist offensichtlich, dass der Satz S_i von realisierbaren Richtungen zur Downlink-Sendung in dem i-ten Zeitschlitz die Richtung b_nx enthielt und ebenso weitere realisierbare Senderichtungen für die Downlink-Kommunikation enthalten haben kann. Die Downlink-Senderichtung b_nx wurde ausgewählt, da sie eine realisierbare Richtung war, wie durch das Winkelenergieprofil bestimmt, und eine Richtung war, die von jener in dem vorigen Downlink-Sendeschlitz verwendeten verschieden war. Hätte der Satz S_i lediglich die Richtung ^i-1b_nx enthalten, dann wäre es unmöglich gewesen, eine Richtung auszuwählen, die von der in dem vorigen (i-1)-ten Zeitschlitz verwendeten verschieden ist. Diese Situation ist nachstehend ausführlicher beschrieben.
Für den in dem (i+1)-ten Zeitschlitz empfangenen Signalburst ist der Satz von realisierbaren Richtungen zur Sendung in der Downlink-Richtung als S_i+1 angegeben. Dieser Satz ist aus dem Winkelenergieprofil auf die übliche Weise bestimmt und wird dem Strahlauswahlalgorithmus 34 eingegeben, dem ebenso das Wissen bereitgestellt wird, dass die Richtung ⁱb_nx in dem vorigen i-ten Zeitschlitz verwendet wurde. In diesem Beispiel enthält der Satz S_i+1 von realisierbaren Richtungen zur Sendung in der Downlink-Richtung die Richtung ⁱ⁺¹b_nx, die nicht in dem vorigen i-ten Zeitschlitz verwendet wurde, und diese Richtung wird zur Downlink-Sendung in dem (i+1)-ten Zeitschlitz ausgewählt.
Das unter Bezugnahme auf 6 beschriebene Ausführungsbeispiel kann mathematisch durch Definieren der Richtung ⁱb_nx für den i-ten Zeitschlitz wie folgt ausgedrückt werden: ibnx ∈ Si, und, wann immer möglich, ibnx ≠ i-1bnx (2)wobei ^i-1b_nx bzw. ⁱb_nx die Strahlrichtungen sind, die in dem (i-1)-ten bzw. dem i-ten Zeitschlitz ausgewählt sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass unter gewissen Umständen ein Richtungssprung nicht möglich ist. Das heißt, eine Auswahl einer Senderichtung, die von jener in dem vorigen Zeitschlitz verwendeten verschieden ist, ist nicht möglich. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Satz von realisierbaren Senderichtungen lediglich die Richtung umfasst, die jener in dem vorigen Schlitz verwendeten entspricht. Diese Ausnahme kann mathematisch ausgedrückt werden als S_i ≠ ^i-1b_nx, wobei ^i-1b_nx die Senderichtung ist, die in dem vorigen Zeitschlitz ausgewählt ist.
D. h., ein Strahlspringen ist nicht möglich, wenn der momentane Satz S_i ein einziges Element aufweist, das gleich dem zuvor ausgewählten Element ist.
Zwischen ihnen bedeuten Gleichung (2) und die vorstehende Ausnahme, dass, wann immer möglich, zwei aufeinander folgende Downlink-Signalbursts in unterschiedliche Winkelpositionen innerhalb der/des durch die Basisstation bedienten Zelle oder Zellsektors gerichtet werden.
Zur Maximierung des Nutzens aus einer erhöhten Diversität streben bevorzugte Ausführungsbeispiele nach einer Verwendung aller zur Verfügung stehenden Senderichtungen b₁ bis b₈ im Mittel für eine gleiche Anzahl an Durchgängen. Vorbestimmte Regeln können Auswahlen der Downlink-Senderichtungen derart steuern, dass im Mittel die/der durch die Basisstation bediente Zelle oder Zellsektor systematisch und gleichmäßig ausgeleuchtet wird. Vorzugsweise ist die Wahrscheinlichkeit des Sendens in eine gegebene Downlink-Senderichtung konstant und gleich 1/m, wobei m die Gesamtanzahl von für das System zur Verfügung stehenden Strahlrichtungen b₁ bis b₈ ist. Auf diese Weise wird die Interferenzdichte gleichmäßig über den durch die Basisstation bedienten Bereich verteilt. Dies ist eine wirksame Weise der räumlichen Weißverarbeitung der erzeugten Interferenz. Es sind nachstehend Beispiele von Auswahlstrategien dargelegt:
Zufälliges Richtungsspringen
Die Downlink-Senderichtung ⁱb_nx wird aus dem Satz von realisierbaren Senderichtungen S_i zufällig gewählt. Dieser Ansatz ist effektiv, simpel und somit einfach zu implementieren. Es kann eine Verifikationsprozedur verwendet werden, um die Verwendung der gleichen Senderichtung in aufeinander folgenden Signalbursts zu verringern oder gänzlich zu vermeiden (d. h. zur Vermeidung des Zustands ⁱb_nx = ^i-1b_nx). Gemäß einer derartigen Verifikationsprozedur wird eine neue Auswahl ausgeführt, wenn bestimmt wird, dass gilt ⁱb_nx = ^i-1b_nx. Diese zweite zufällige Auswahl wird durchgeführt, und es wird der in der zweiten zufälligen Auswahl ausgewählte Strahl ungeachtet des Ergebnisses verwendet (d. h. selbst wenn wieder gilt ⁱb_nx = ^i-1b_nx). Ein Begrenzen der Anzahl von Auswahl- und Verifikationsschritten auf diese Weise kann eine Implementierung erheblich vereinfachen. Unter anderen Umständen kann die Anzahl von Auswahl- und Verifikationsschritten womöglich nicht auf 1 begrenzt werden, und prinzipiell kann die Anzahl derartiger Schritte jedwede Anzahl betragen, bis hin zu, wenn gilt ⁱb_nx ≠ ^i-1b_nx.
Vorbestimmte Richtungssprungmuster
Ein weiteres Beispiel besteht darin, dass die Downlink-Senderichtung ⁱb_nx aus dem Satz S_i, wann immer möglich, gemäß einem vorbestimmten Richtungssprungmuster ausgewählt wird, das entworfen ist, um sicherzustellen, dass im Mittel alle zur Verfügung stehenden Senderichtungen gleichmäßig verwendet werden. Diese Kategorie des Auswahlverfahrens enthält Raumabtaststrategien, von denen drei Beispiele nachstehend aufgeführt sind. Im Allgemeinen streben derartige Strategien nach einem graduierlichen Hindurch-Abtasten der Vielzahl von für eine Downlink-Sendung zur Verfügung stehenden Strahlrichtungen durch Auswählen aus den realisierbaren Strahlrichtungen auf eine systematische Weise. Der durch die Basisstation bediente Bereich ist in eine Vielzahl von Richtungen unterteilt, die beliebig von b₁ bis b₈ nummeriert ist. Der Abtastprozess kann beispielsweise ein Aufsteigen (Erhöhen), Herabsteigen (Verringern) oder Aufsteigen und dann Herabsteigen durch die Vielzahl von realisierbaren Strahlrichtungen hindurch umfassen, die in dem Satz S_i enthalten ist.
Bei der sich erhöhenden Raumabtastung wird die Downlink-Senderichtung b_nx derart ausgewählt, dass ⁱb_nx im Wesentlichen ^i-1b_nx benachbart und von einem inkremental höheren Wert ist. Ist die maximal nummerierte Richtung einmal erreicht, dann beginnt der Richtungsabtastprozess wieder von der zur Verfügung stehenden Minimalwertrichtung, usw. Dass heißt, die Senderichtung b_nx wird, wann immer möglich, derart ausgewählt, dass ⁱb_nx
^i-1b_nx (wobei
angibt, dass ⁱb_nx die nähest mögliche Strahlrichtung ist, in der gilt ⁱb_nx > ^i-1b_nx). Ein derartiger Richtungssprungprozess strebt somit immer nach einem aufeinander folgenden Auswählen aus den realisierbaren Senderichtungen durch Durchschreiten der realisierbaren Richtungen von der niedrigstwertigen Richtung aus, wobei zu der niedrigstwertigen Richtung zurückgekehrt wird, um die Abtastung in derselben Richtung zu wiederholen, wenn die höchstwertige Richtung erreicht wurde.
Bei der sich verringernden Raumabtastung wird die Downlink-Senderichtung ⁱb_nx ausgewählt, wobei bei der höchstwertigen Richtung begonnen wird, so dass ⁱb_nx im wesentlichen ^i-1b_nx benachbart und ein inkrementell kleinerer Wert ist. Ist die niedrigstwertige Richtung erst einmal erreicht, dann beginnt der Richtungsabtastprozess wieder von der zur Verfügung stehenden maximalwertigen Richtung usw. Dass heißt, wann immer möglich, gilt ⁱb_nx ⨞ ^i-1b_nx (wobei ⨞ angibt, dass ⁱb_nx die nähest mögliche Richtung ist, in der gilt ⁱb_nx < ^i-1b_nx). Dieser Richtungssprungmuster strebt somit nach einem aufeinander folgenden Auswählen aus den realisierbaren Senderichtungen, wobei bei der höchstwertigen Richtung begonnen wird, und zu der niederstwertigen Richtung durchgeschritten wird, wobei zu dem Abtasten in derselben Richtung zurückgekehrt wird, wenn die niedrigstwertige Richtung erreicht wurde.
Ein Erhöhungs-/Verringerungsraumabtasten ist eine Kombination des sich erhöhenden und des sich verringernden Verfahrens, demgemäß sich die progressive Raumabtastung inkremental zwischen zwei zur Verfügung stehenden Extrema verschiebt, die bei jedwedem Punkt in der Zeit durch den Satz von realisierbaren Richtungen definiert sind. Diese Art von Richtungssprungprozess strebt nach einem aufeinander folgenden Auswählen aus den realisierbaren Senderichtungen, wobei beispielsweise bei der geringstwertigen Richtung begonnen und zu der höchstwertigen Richtung hindurchgeschritten wird, bevor die Richtung des Abtastens umgekehrt wird, wenn die höchstwertige Richtung erreicht wurde.
In Fällen, in denen dem vorbestimmten Richtungssprungmuster nicht gefolgt werden kann, da die Auswahl der Senderichtung gemäß dem Muster dieselbe wie jene in dem vorigen Downlink-Signalburst (d. h. ⁱb_nx = ^i-1b_nx) ist, kann eine Abweichung von dem Muster ermöglicht sein. Regeln können vorschreiben, was passiert, wenn von den vorbestimmten Mustern abgewichen wird. In einem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise die Senderichtung wieder zufällig gewählt. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird die verletzende Richtung einfach ausgelassen, und der Prozess setzt danach gemäß einer normalen Prozedur fort.
Ein weiteres Beispiel des Richtungsspringens gemäß einem vorbestimmten Auswahlmuster ist nachstehend Schrittspringen genannt. In diesem Beispiel wird die Downlink-Senderichtung aus dem Satz von realisierbaren Richtungen ausgewählt, um, wann immer möglich, eine Richtung zu sein, die von der in dem vorigen Signalburst ausgewählten Richtung um einen gegebenen Winkelschritt ± Δb abweicht. Auf diese Weise alterniert die ausgewählte Downlink-Senderichtung von rechts nach links und wieder nach rechts (usw.) bezüglich der Linie der Sichtverbindung. Das Schrittspringen ist insbesondere dort nützlich, wo feste Endgeräte in Innenzellen operieren. In einer modifizierten Version des Schrittspringens wird die Downlink-Senderichtung aus den realisierbaren Richtungen ausgewählt, um, wo immer möglich, eine Richtung zu sein, die von einer Referenzrichtung um einen gegebenen Winkelschritt ± Δb abweicht. Die Referenzrichtung kann in Intervallen geprüft und aktualisiert werden.
Bei beiden Arten des Schrittspringens wird der Winkelschritt ± Δb vorzugsweise optimiert, um die Wirkung der akkumulierten Interferenz zu einer gegebenen Richtung hin zu verringern oder zu vermeiden. Derartige Muster können dafür sorgen, dass die tatsächliche ausgewählte Richtung ⁱb_nx von einer Seite der zuvor verwendeten Richtung ^i-1b_nx (oder der Referenzrichtung ^Rb_nx) zu der anderen alter niert, während der Winkelabstand aufrechterhalten wird. Dass heißt, eine gegebene Auswahl kann ^(i-1)b_nx + Δb (oder ^Rb_nx + Δb) sein, und die nachfolgende Auswahl kann ^(i-1)b_nx – Δb (oder ^Rb_nx – Δb) sein usw.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren streben im Mittel nach einem gleichmäßigen Verteilen der erzeugten Interferenz über den Bereich der/des durch die Basisstation bedienten Zelle oder Zellsektors.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann eine Verallgemeinerung von Gleichung 2 angewendet werden, d. h.
ⁱb_nx ∈ S_i und, wann immer möglich, ibnx ≠ i-1bnx ≠ i-2bnx, ... ≠ i-Nbnx (3)
Eine Auswahl gemäß Gleichung (3) verbessert eine räumliche Weißverarbeitung weiter, da sie die in den N vorigen Signalbursts verwendeten Richtungen berücksichtigt (und diese zu vermeiden versucht). Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Raumabtastverfahren per Definition nach einem Erfüllen von Gleichung (3) streben.
In einigen Ausführungsbeispielen werden zusätzliche Verkehrszustände während einer Strahlauswahl zur Downlink-Sendung berücksichtigt. Diese Verkehrszustände können ebenso zum Bestimmen der Natur des eingesetzten Richtungssprungmodells verwendet werden. Die Interferenzdichte in einer bestimmten Richtung, die relativen Energielastzustände der Sendungsäste, die zulässige Strahlenergie und weitere Verkehrsbedingungen können allesamt die Richtung beeinflussen, die zur Downlink-Sendung ausgewählt wird. Ein oder mehrere derartige Verkehrszustände kann oder können in Kombination mit den zuvor verwendeten Richtungen betrachtet werden.
In Implementierungen derartiger Ausführungsbeispiele kann jeder der Richtungen in dem Satz von realisierbaren Richtungen S_i eine Priorität zugewiesen werden, die während des Strahlauswahlprozesses berücksichtigt wird. Es können beispielsweise auf jede der realisierbaren Strahlrichtungen bezogene Prioritätsinformationen dem Strahlauswahlalgorithmus derart bereitgestellt sein, dass Richtungen mit höheren Prioritäten bevorzugt vor jenen mit niedrigeren Prioritäten ausgewählt werden. Strahlpriorität kann als eine Zahl definiert sein, die eine bestimmte Bevorzugung in der Auswahl angibt, steht z. B. ein Richtungssprung an, dann kann die Basisstation die Richtung mit der höchsten numerischen Priorität auswählen.
In einem Ausführungsbeispiel werden lediglich den Richtungen innerhalb des Satzes von realisierbaren Richtungen S_i Prioritätseinstufungen zugewiesen, die auf der Grundlage von Ankunftsrichtungsinformationen eingerichtet sind. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird allen zur Verfügung stehenden Richtungen eine Prioritätseinstufung auf der Grundlage des oder jedes Kriteriums zugewiesen, das/die bei der einzelnen Anwendung für relevant erachtet ist/sind.
Ist die Interferenzdichte in einer bestimmten Richtung während des Strahlauswahlprozesses zu berücksichtigen, dann erhöhen sich die Beiträge zu der Priorität einer gegebenen Richtung in dem Maße, in dem sich die Anzahl von Mitkanalbenutzern verringert, die jene Richtung einsetzen, und umgekehrt.
Ist die zulässige Strahlenergie (mittlere Energie oder unmittelbare Energie) während des Strahlauswahlprozesses zu berücksichtigen, dann erhöhen sich die Beiträge zu der Priorität einer gegebenen Richtung in dem Maße, in dem die in jener Richtung eingesetzte Energie das in jener Richtung von der maximal zulässigen (mittleren oder unmittelbaren) Energie weg tendiert, und umgekehrt.
Es können weitere Verkehrszustände die Erwünschtheit einer Richtung zur Downlink-Sendung beeinflussen. Ausstattungs- und/oder Netzwerkeinschränkungen können bedeuten, dass Verkehrszustände die Erwünschtheit von bestimmten Richtungen beeinflussen, und dass Verkehrsbedingungen die Wahrscheinlichkeit eines Komponentenausfalls erhöhen können. Es ist beispielsweise ein jedes Sendeantennenelement einer Sendeempfängerstation mit einer Schaltung verbunden, die typischerweise gegenüber den aus einer Sendung zu mehreren Benutzern resultierenden elektrischen Lastzuständen empfindlich ist. In vielen Sendeempfängerstationsaufbauten ist beispielsweise jede Sendeantenne mit einem Energieverstärker verbunden. Die Verteilung von Energie über diese Energieverstärker hinweg hängt von den Verkehrszuständen ab (z. B. der Anzahl von verbundenen Mobilstationen), und ist ein kritisches Problem, da die Lastzustände wichtige Merkmale auferlegen, die die Energieverstärker aufweisen müssen. Bei Auswahl eines Energieverstärkers für eine gegebene Anwendung ist es erforderlich, die mittleren Energieanforderungen und ebenso den Maximalbetrag an Energie (Spitzenenergie) zu betrachten, denen dieser standhalten muss. Eine Spitzenenergielast ergibt sich, wenn ein gegebener Sendeast (einschließlich der Antenne und des zugehörigen Energieverstärkers) ausgewählt wird, um eine große Anzahl von Benutzern gleichzeitig zu bedienen. Es ist erforderlich, Energieverstärker auszuwählen, die mit entsprechend hohen Scheitelfaktoren CF („Crest Factor", CF = Spitzenenergie/mittlere Energie) entworfen sind. Die Entwurfsrichtlinien können gelockert werden, wenn die elektrische Last gleichmäßig zwischen den zur Verfügung stehenden Energieverstärkern verteilt werden kann, wodurch problematische Energieungleichgewichte oder hohe Spitzenlasten in jedwedem einzelnen Zweig vermieden werden.
Somit kann der Strahlauswahlalgorithmus nach einem Aufrechterhalten einer gleichmäßigen Energieverteilung über die unterschiedlichen in Verwendung befindlichen Sendeäste streben, das heißt der Strahlauswahlalgorithmus wird mit Informationen bezüglich der Energielastzustände der Sendeäste versehen, die sich aus allen zu dem Zeitpunkt verbundenen Mobilstationen ergeben. In derartigen Ausführungsbeispielen wird die Downlink-Senderichtung, wann immer möglich, derart ausgewählt, dass die neue Richtung dazu tendiert, keinen unausgeglichenen Energielastzustand zwischen den zur Verfügung stehenden Sendeästen zu erzeugen. Als ein Beispiel wählt ein derartiger Strahlauswahlalgorithmus, wann immer möglich, eine Downlink-Senderichtung aus, die statistisch unbelastet ist. Es wird eine gegebene Richtung mit höherer Wahrscheinlichkeit zur Downlink-Sendung ausgewählt, wenn sie von einer oder mehreren zuvor verwendeten Richtungen verschieden ist und die unmittelbare (und/oder mittlere) Energielast kleiner als in anderen Richtungen ist. In einem derartigen Ausführungsbeispiel betrachtet der Strahlauswahlalgorithmus lediglich eine Richtung als realisierbar zur Downlink-Sendung, falls die Energielastzustände angeben, dass die unmittelbaren (und/oder mittleren) Energielastbedingungen kleiner als in anderen Richtungen sind. In einem weiteren Ausführungsbeispiel betrachtet der Strahlauswahlalgorithmus lediglich eine Richtung als realisier bar zur Downlink-Sendung, falls die unmittelbaren (und/oder mittleren) Energielastbedingungen sich unterhalb eines vorbestimmten oder adaptiv eingestellten Schwellenwertes befinden.
Derartige Verfahren sind effektiv, da die durch das gesendete Signal erzeugte Interferenz räumlich weißverarbeitet wird und da das Verfahren das Risiko von Hardware-Beschädigung oder -Ausfall verringert. Unter Verwendung des Beispiels von Energieverstärkern werden hohe Spitzenlasten in einem gegebenen Energieverstärker vermieden und sind die mittleren Energieanforderungen für jeden Energieverstärker im Wesentlichen die gleichen. Praktische Implementierungen, die Energielastzustände berücksichtigen, können das Bitraten-(die die Sendeleistung angibt) -Ungleichgewicht zwischen den unterschiedlichen in Verwendungen befindlichen Sendeästen überwachen. Je höher somit die Bitrate, die in einer gegebenen Richtung in Relation zu der in anderen Richtungen verwendeten Bitrate ist, desto geringer ist der Beitrag zu einer Priorität jener Richtung.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren erhöhen die Diversität unter Verwendung eines einzelnen Sendestrahls durch Steuern der Auswahl der Senderichtung in dem räumlichen (Winkel)-Bereich. Derartige Verfahren werden in dem Maße effektiver, in dem das Winkelstreumaß der Funkumgebung und/oder die Auflösung des Antennenarray erhöht werden/wird. Die vorstehend beschriebenen Verfahren unternehmen keinen Versuch, die Diversität durch Erhöhen der Anzahl gesendeter Strahlen zu erhöhen.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das die Auswahl von mehrfachen Senderichtungen aus dem Satz von realisierbaren Richtungen (d. h. l_i > 1∀_i) einsetzt. In dem Beispiel von 7 werden zwei Downlink-Senderichtungen gleichzeitig ausgewählt. Die Auswahl von zwei Sendestrahlen anstelle von einem stellt einen größeren Diversitätszuwachs als beispielsweise ein Ändern von der Auswahl von drei Strahlen anstelle von zweien bereit. Zugleich begrenzt ein Verwenden eines Maximums von zwei Downlink-Sendestrahlen den Gesamtbetrag von erzeugter Interferenz.
Unter Bezugnahme auf 7 sind zwei Strahlrichtungen zur Downlink-Sendung in jedem Zeitschlitz ausgewählt, und die ausgewählten Richtungen sind, wann immer möglich, von jenen zur Sendung in den vorigen Zeitschlitzen verwendeten verschieden. Für die in dem (i-1)-ten Zeitschlitz empfangenen Signalbursts ist der Satz von realisierbaren Richtungen zur Sendung in der Downlink-Richtung als S_i-1 angegeben. Dieser Satz wird aus dem Winkelenergieprofil der in dem (i-1)-ten Zeitschlitz empfangenen Pilotsymbolen P bestimmt, wie vorstehend beschrieben. Der Strahlauswahlalgorithmus 34, der mit Informationen 36 bezüglich der in vorigen Zeitschlitzen verwendeten Senderichtungen versehen ist, wählt dann zwei Strahlrichtungen aus, die für die Sendung in dem entsprechenden Downlink-Zeitschlitz zu verwenden sind. In dem (i-1)-ten Zeitschlitz sind die für die Downlink-Sendung ausgewählten Richtungen ^i-1b_mx und ^i-1b_nx. Es ist offensichtlich, dass der Satz S_i-1 von möglichen Richtungen zur Downlink-Sendung in dem (i-1)-ten Zeitschlitz die Richtungen b_mx und b_nx enthielt und dass er weitere realisierbare Senderichtungen für die Rückkommunikation enthielt, oder nicht.
Für den in dem i-ten Zeitschlitz empfangenen Signalburst ist der Satz von möglichen Richtungen zur Sendung in der Downlink-Richtung als S_i angegeben. Dieser Satz ist aus dem Winkelenergieprofil der empfangenen Pilotsymbole des i-ten Empfangszeitschlitzes wie vorstehend beschrieben bestimmt. Der Strahlauswahlalgorithmus 34 wählt zwei Strahlrichtungen zur Verwendung zur Sendung in dem entsprechenden Downlink-Zeitschlitz auf der Grundlage des Inhalts des Satzes S_i und des Wissens aus, welche zwei Richtungen in dem vorigen (i-1)-ten Downlink-Zeitschlitz verwendet wurden. In diesem Beispiel werden die Richtungen ⁱb_mx und ⁱb_nx zur Sendung in dem entsprechenden i-ten Downlink-Zeitschlitz ausgewählt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Satz S_i von realisierbaren Richtungen zur Downlink-Sendung in dem i-ten Zeitschlitz die Richtungen b_mx und b_nx enthielt und ebenso womöglich weitere realisierbare Senderichtungen für die Downlink-Kommunikation enthielt. Die Richtungen b_mx und b_nx wurden ausgewählt, da sie realisierbare Richtungen waren, wie in dem Winkelenergieprofil der Pilotsymbole für den i-ten Zeitschlitz bestimmt und Richtungen waren, die von jenen in dem vorigen Downlink-Sendeschlitz verwendeten verschieden waren. Hätte der Satz S_i jedoch lediglich die Richtungen ^i-1b_mx und ^i-1b_nx enthalten, dann wäre es unvermeidbar gewesen, nur diese Richtungen auszuwählen und somit wären dieselben Senderichtungen in dem nachfolgenden (i-1)-ten und i-ten Zeitschlitz verwendet worden.
Für den in dem (i+1)-ten Zeitschlitz empfangenen Burst ist der Satz von realisierbaren Richtungen zur Sendung in der Downlink-Richtung als S_i+1 angegeben. Dieser Satz wird aus dem Winkelenergieprofil auf die übliche Weise bestimmt und wird in den Strahlauswahlalgorithmus 34 eingegeben, dem ebenso bekannt ist, welche Strahlrichtungen in dem vorigen i-ten Zeitschlitz verwendet wurden. In diesem Beispiel enthält der Satz S_i+1 von realisierbaren Richtungen zur Sendung in der Downlink-Richtung die Richtungen ⁱ⁺¹b_nx und ⁱ⁺¹b_mx, die nicht in dem vorigen i-ten Zeitschlitz verwendet wurden, und die zur Downlink-Sendung in dem i+1-ten Zeitschlitz ausgewählt werden.
Das unter Bezugnahme auf 7 beschriebene Doppelstrahlausführungsbeispiel kann mathematisch durch Definieren der Richtungen zur Sendung ⁱb_mx und ⁱb_nx (ⁱb_mx ist nicht gleich ⁱb_nx), die dem i-ten Sendeschlitz entsprechen, definiert werden als:
{ⁱb_mx, ⁱb_nx} ∈ S_i und, wann immer möglich, ibmx ≠ {i-1bmx, i-1bnx} und ibnx ≠ {i-1bmx, i-1bnx} (4)
Es sei darauf hingewiesen, dass unter bestimmten Umständen eine oder mehrere der Richtungen ⁱb_mx und ⁱb_nx, die zur Downlink-Sendung ausgewählt sind, womöglich nicht von Strahlrichtungen verschieden sind, die zur Sendung in dem vorigen Downlink-Schlitz ausgewählt waren. Dass heißt, eine Auswahl der Senderichtungen, die von jenen in dem vorigen Zeitschlitz verwendeten verschieden sind, ist nicht möglich, falls der Satz von realisierbaren Senderichtungen eine begrenzte Anzahl von realisierbaren Richtungen enthält, wobei eine oder mehrere derer einer Richtung entsprechen, die in dem vorigen Schlitz verwendet wurde. Diese Ausnahmen können mathematisch wie folgt ausgedrückt werden Si ≠ {i-1bmx, i-1bnx}
Hinsichtlich des Ausführungsbeispiels von 6 kann die Auswahl der Downlink-Senderichtung durch Regeln vorgeschrieben sein, die im Mittel nach einem systematischen und gleichmäßigen Ausleuchten des Sektors streben, so dass die Wahrscheinlichkeit des Sendens in einer gegebenen Richtung b₁ bis b₈ konstant ist (d. h. 1/M, wobei M die Anzahl von möglichen zur Verfügung stehenden Sende richtungen ist). Prinzipiell können Strategien, wie die Zufallsrichtungssprungstrategien, die Sprungstrategien gemäß vorbestimmten Mustern und die Richtungssprungstrategien gemäß schrittweisen Sprungmustern bei dem Mehrfachstrahlsendungsausführungsbeispiel von 7 angewendet werden. Beispielsweise kann eine Zufallsrichtungssprungstrategie mit einer Verifikationsprozedur zum Minimieren der Verwendung von entsprechenden Richtungen in aufeinander folgenden Signalbursts in Verbindung mit einem Mehrfachstrahlauswahlausführungsbeispiel verwendet werden. Zufallsstrahlauswahlverfahren versuchen, die zwei (oder n zu verwendenden Richtungen) zufällig auszuwählen. Verifikationen können durchgeführt werden, um zu prüfen, ob wiederholte Auswahlen auftraten, wie in dem Einzelstrahlfall.
Sich erhöhende räumliche Abtast-, sich verringernde räumliche Abtast- und Erhöhungs-/Verringerungsraumabtaststrategien und schrittweise Abtaststrategien können alle unter anderem bei dem Ausführungsbeispiel von 7 angewendet werden. In gleicher Weise können jedwede zusätzliche Kriterien berücksichtigt werden, die die Erwünschtheit einer Richtung zur Downlink-Sendung beeinflussen. Es kann beispielsweise die Zuweisung von Prioritätseinstufungen zu Richtungen auf der Grundlage von Verkehrszuständen unter anderem bei dem Ausführungsbeispiel von 7 angewendet werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Mehrfachstrahlausführungsbeispiel von 7 eine Diversität dadurch ausnutzt, dass es sicherstellt, dass die erzeugte Interferenz gleichmäßig über die/den durch die Basisstation bediente/n Zelle oder Zellsektor spreizt. Mehrfachstrahlausführungsbeispiele gewinnen jedoch ebenso Diversität durch gleichzeitiges Verwenden von mehr als einer Strahl senderichtung, wodurch eine Winkeldiversität höherer Ordnung ausgenutzt wird. Wie in dem Ausführungsbeispiel von 6 erhöht sich die Effizienz von Mehrfachstrahlausführungsbeispielen in dem Maße, in dem das Winkelstreumaß der Umgebung und die Auflösung des Antennenarrays erhöht sind.
Das Ausführungsbeispiel von 7 ändert die Natur der erzeugten Interferenz, um weniger Störung bei anderen Mitkanalbenutzern zu verursachen. Der Gesamtbetrag von erzeugter Interferenz wird durch Auferlegen einer maximalen Anzahl von zwei Sendestrahlen in jedwedem Signalburst begrenzt. Die verringerte Störung von Mitkanalbenutzern ist ein erheblicher Vorteil, insbesondere in Mehrfachratensystemen.
2 zeigt lediglich eine schematische Darstellung der acht möglichen Strahlrichtungen, die mit dem Antennenarray 6 erreicht werden können. In der Praxis liegt jedoch eine Überlappung zwischen benachbarten Strahlen vor. In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Breite der Strahlen sowie die Anzahl der Strahlen variiert werden, die zum Abdecken eines gegebenen Bereichs bereitgestellt sind. Zukünftige Kommunikationssysteme, die große Anzahlen von Antennen verwenden, werden eine wahre Mehrfachstrahlsendung (l_i >> 1) unter Verwendung von schmaleren Strahlen erleichtern. Mit schmaleren Strahlen wird jedoch der Betrag von erzeugter Interferenz nicht so effizient räumlich gestreut wie bei größeren Strahlbreiten, und Ausführungsbeispiele der Erfindung stellen somit weitere Vorteile bereit.
Zum Maximieren der Effizienz des Mehrfachstrahl-Diversitätsgewinns kann die das Signal empfangende Mobilstation in der Lage sein, die Signale entsprechend den unter schiedlichen Wegen aufzulösen. Eine frequenzselektive Funkumgebung kann aus sich selbst heraus eine Signaltrennung bei dem Empfänger bereitstellen. In einer Umgebung mit flachem Abklingen (z. B. einer Innenzelle) muss die Einrichtung zur Trennung der Signale durch den Sender selbst bereitgestellt sein, da ansonsten Signale von unterschiedlichen Strahlen mit ähnlichen Verzögerungen ankommen. Daraus folgt, dass in jenen Fällen bei Senden mit mehrfachen Strahlen (l_i > 1) künstliche Verzögerungen in den entsprechenden Sendeästen derart eingeführt werden können, dass die relativen Verzögerungen unter den gesendeten Signalen dem Empfänger ermöglichen, die unterschiedlichen Signalkomponenten zu trennen. Tatsächlich kann jedwede geeignete Signaltrenntechnik eingesetzt werden. Beispielsweise können in weiteren Ausführungsbeispielen die Signale von unterschiedlichen Strahlen unter Verwendung unterschiedlicher Pilotsequenzen oder Spreizcodes in jeder jeweiligen Strahlrichtung getrennt werden.
Somit stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele ein Verfahren bereit, durch das eine Basisstation die erzeugte Interferenz mittels Verwendens von Richtungsspringen in der Downlink-Senderichtung weißverarbeiten kann. Es können sowohl Einzel- als auch Mehrfachstrahlspringansätze verwendet werden. Da die Richtungen zur Downlink-Sendung aus einem Satz von realisierbaren Senderichtungen ausgewählt sind, die aus Messparametern des Uplink-Kommunikationsstroms bestimmt sind, ist die Downlink-Leistungsfähigkeit besser als jene von konventionellen Verfahren, die ein einzelnes Antennenelement oder -strahl nutzen. Dieses Verfahren ist deshalb ein effizientes und verlässliches Verfahren zur Downlink-Sendung.
Eine Vielzahl von unterschiedlichen Richtungssprungstrategien (beispielsweise Zufallssprin gen, vorbestimmtes Springen, Schrittspringen) sind als Beispiele beschrieben, wie eine Auswahl der Downlink-Senderichtung gesteuert werden kann, um sicherzustellen, dass die/der durch die Basisstation bediente Zelle oder Zellsektor systematisch und einheitlich ausgeleuchtet wird., wann immer möglich, können die Informationen für einen gegebenen Benutzer auf einem unterschiedlichen Strahl (oder Strahlen) in jedem Zeitschlitz gesendet werden. Auf lange Sicht wird die Interferenz räumlich gemittelt. Dies ist insbesondere bei Mehrfachratensystemen (z. B. in Breitbandcodeteilungsmehrfachzugriffssystemen WCDMA, „Wide Band Code Division Multiple Access") nützlich, in denen Hochbitratenbenutzer Niedrigbitratenbenutzer sogar verdecken können.
Das Richtungsspringen in dem Winkelbereich wird (i) durch den Zielbenutzer selbst mit einer Einzelantennenempfangsstation ausgenutzt, da Diversität als eine Verringerung der gewünschten Signalausfallswahrscheinlichkeit angesehen wird, und (ii) durch jeden Mitkanalbenutzer als Zeitspringinterferenzquelle angesehen wird, die eine geringere Wahrscheinlichkeit des Verursachens von Problemen aufweist als eine Konstantinterferenzquelle.
In modifizierten Versionen des Verfahrens können die Sprungmuster/Auswahlregeln als spezifische Zustände definiert sein. In derartigen Fällen hängt eine Zustandsauswahl von Kanalmerkmalen und zurückliegendem Verhalten ab.
In einer weiteren modifizierten Version ist das Verfahren auf den Fall des Paketdatentransfers erweitert. Ein Paket ist dann einem Zeitschlitz äquivalent. Es sei darauf hingewiesen, dass zwei fortlaufende Zeitschlitze üblicherweise durch eine konstante Zeitspanne getrennt sind, während zwei aufeinander folgende Pakete durch eine unbestimmte Zeitspanne getrennt sein können. In derartigen modifizierten Versionen können zwei fortlaufende Pakete, wann immer möglich, in unterschiedliche Richtungen gemäß den Auswahlmerkmalen des einzelnen Ausführungsbeispiels gesendet werden.
In einer weiteren modifizierten Version ist das Verfahren auf den Fall von bitweiser Signalverarbeitung erweitert. Gemäß dieser Version umfassen sowohl das Referenzsignal als auch das Datensignal eines in der Uplink-Richtung empfangenen Bursts je eine Folge von Signalkomponenten, die hier als Bits bezeichnet ist. Auf gleiche Weise enthalten die in dem Downlink-Kommunikationsstrom gesendeten Kommunikationsbursts je ein Referenzsignal und ein Datensignal, die eine Folge von Signalkomponenten umfassen, die hier Bits genannt ist. Jeweilige Signalkomponenten, nämlich die jeweiligen Signalbits, des Referenzsignals und/oder des Datensignals werden/wird, wann immer möglich, in im Wesentlichen unterschiedliche Richtungen gesendet, wie unter Bezug auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele definiert.
In einer weiteren modifizierten Version kann die Richtungssprunghäufigkeit beispielsweise durch ein Springen lediglich nach einer vorbestimmten Anzahl N von Zeitschlitzen (oder Signalbursts oder Signalkomponenten) verringert werden. Somit wird eine unterschiedliche Auswahl für aufeinander folgende Gruppen von gesendeten Signalen durchgeführt.
In den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die Richtungen zur Sendung für die Downlink-Richtung auf der Grundlage der Ankunftsrichtung und der Energie des entsprechenden empfangenen Signals in der Uplink-Rich tung ausgewählt. Es können jedoch jedwede geeignete Kriterien zum Bestimmen der Strahlrichtungen zur Sendung verwendet werden. Beispielsweise berücksichtigen weitere Ausführungsbeispiele die minimale Verzögerung und/oder die Minimierung von erzeugter Interferenz in spezifischen Richtungen.
In einer weiteren modifizierten Version führt die Empfangsstation (z. B. Mobilstation) die Auswahl der Richtung zur Downlink-Sendung durch oder trägt zu dieser bei. Die Empfangsstation kann ebenso die Natur des verwendeten Richtungssprungmodells bestimmen. Dies stellt eine Art von geregeltem System dar, im Gegensatz zu den bis heute betrachteten gesteuerten Systemen.
Die Leistungsfähigkeit der unterschiedlichen hier beschriebenen Ausführungsbeispiele führt zu Verbesserungen bei Korrelationen zwischen aus den Uplink-Kommunikationen geschätzten Ankunftsrichtungen und der Auswahl der Senderichtungen für die Downlink-Kanäle.
In einer weiteren modifizierten Version wird Signalbursts in einer gegebenen Richtung ein eindeutiger Code zugewiesen, der orthogonal zu weiteren Codes ist, die bei der Signalsendung verwendet werden. Unter Bezugnahme auf den in 7 gezeigten i-ten Zeitschlitz kann einem in der Richtung ⁱb_mx gesendeten Signal ein erster Code und kann einem in der Richtung ⁱb_nx-Richtung gesendeten Signal ein zweiter Code zugewiesen werden, wobei der erste und der zweite Code orthogonal sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung können vorteilhaft in Mikro- und/oder Pikozellumgebungen eingesetzt werden, z. B. in Innenumgebungen. Derartige Funkumgebungen führen nicht lediglich große Winkelstreumaße, sondern sind ebenso durch kleine Verzögerungsstreumaße aufgrund der kleinen Größe der Umgebung gekennzeichnet. Dies ist insbesondere bei Modellen in hohem Maße nützlich, die eine Orthogonalität (z. B. Code-Orthogonalität) ausnutzen. Ebenso stehen in diesen Umgebungen Hochbitratenbenutzer zu erwarten.
Signale, die in die ausgewählte Downlink-Richtung gesendet werden, können hinsichtlich Zeit, Frequenz, Raum oder Spreizcode gemultiplext werden. Die hier beschriebenen unterschiedlichen Verfahren können getrennt oder in jedweden Kombinationen verwendet werden. Während Ausführungsbeispiele der Erfindung in Zusammenhang mit einem CDMA-System vorstehend beschrieben sind, kann die Erfindung bei jedweder weiteren Art von Zugriffssystem verwendet werden.
In der Downlink-Signalrichtung gezeigte Verfahren können in gleicher Weise bei der Uplink-Signalrichtung angewendet werden, vorausgesetzt die Mobilstation weist eine Einrichtung zum Implementieren des Verfahrens auf. Ausführungsbeispiele der Erfindung können in einer Mobilstation sowie in einer Basisstation implementiert sein.
Die Implementierung soll nicht auf die Aufbauten der beschriebenen Ausführungsbeispiele eingeschränkt sein. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen insbesondere Beispiele von Aufbauten, die zum Implementieren des Verfahrens verwendet werden können, und sind nicht vorgesehen, lediglich die Art, Aufbau oder Reihenfolge der Vorrichtungsmerkmale zu definieren, die verwendet werden sollen.

Claims

Verfahren zur Richtfunkkommunikation zwischen einer ersten Station (4) und einer zweiten Station (MS), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bestimmen, bei der ersten Station (4), eines Satzes von einer oder mehreren Strahlrichtungen (s), die zur Verwendung beim Senden eines Signals von der ersten Station (4) zu der zweiten Station (MS) realisierbar sind, unter Verwendung eines von der zweiten Station (MS) empfangenen Signals, Auswählen, bei der ersten Station (4), von zumindest einer der Strahlrichtungen (b) zur Sendung eines Signals von der ersten Station (4) zu der zweiten Station (MS), wobei die Auswahl der zumindest einen Richtung (b) zur Sendung derart erfolgt, dass aufeinanderfolgende Signale oder Gruppen von Signalen in im Wesentlichen unterschiedlichen Richtungen gesendet werden, und derart, dass im Mittel jede für die erste Station (4) zur Verfügung stehende Strahlrichtung für eine im Wesentlichen gleiche Anzahl von Vorgängen verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Senderichtung (b) von der ersten Station zu der zweiten Station in einem ersten Zufallsauswahlschritt zufällig aus dem Satz von realisierbaren Richtungen (s) ausgewählt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei eine zweite Auswahl aus dem Satz von realisierbaren Richtungen (s) durchgeführt wird, wenn der erste Auswahlschritt eine Richtung auswählt, die in zumindest einer vorhergehenden Signalsendung verwendet wurde.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei eine weitergehende Zufallsauswahl aus den realisierbaren Richtungen (s) durchgeführt wird, wenn die zweite Zufallsauswahl ebenso eine Richtung anzeigt, die in zumindest einer vorhergehenden Signalsendung verwendet wurde.
Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die ausgewählte Richtung unabhängig davon verwendet wird, ob sie dieselbe wie eine in der zumindest einen vorhergehenden Signalsendung verwendete Richtung ist, oder nicht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die zumindest eine Richtung zur Sendung (b) aus dem Satz von realisierbaren Richtungen (s) gemäß vorbestimmter Regeln ausgewählt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die zumindest eine Richtung zur Sendung (b) durch Auswählen derjenigen realisierbaren Richtung ausgewählt wird, die der in der vorhergehenden Sendung verwendeten als nächstes folgt.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der Auswahlprozess für aufeinanderfolgende Sendungen den Satz von realisierbaren Richtungen (s) in einer ersten Richtung durchschreitet.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der Auswahlprozess für aufeinanderfolgende Sendungen den Satz von realisierbaren Richtungen (s) in einer zweiten Richtung durch schreitet, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, wenn eine vorbestimmte Grenze erreicht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei Signale derart gesendet werden, dass die ausgewählten Richtungen (b) jeweils von einer Seite der vorhergehenden Richtung an bis hin zu der anderen Seite alternieren, wobei zumindest ein vordefinierter Winkelabstand von der ersten Richtung in jeder Instanz eingehalten wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei eine Referenzrichtung definiert ist und nachfolgende Signale derart gesendet werden, dass die ausgewählten Richtungen (b) jeweils von einer Seite der Referenzrichtung an bis hin zu der anderen Seite alternieren, wobei zumindest ein vordefinierter Winkelabstand von der Referenzrichtung in jeder Instanz eingehalten wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die zumindest eine Richtung (b) zur Sendung für einen gegebenen Signalburst in einem Codeteilungsmehrfachzugangssystem ausgewählt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die zumindest eine Richtung zur Sendung (b) für einen gegebenen Zeitschlitz (TS) in einem Zeitteilungsmehrfachzugangssystem ausgewählt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die zumindest eine Richtung (b) zur Sendung innerhalb eines Signalbursts derart variiert wird, dass die zumindest eine Richtung zur Sendung (b) für einen Komponentenabschnitt eines Signalpakets oder eines Zeitschlitzes (TS) ausgewählt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Strahlrichtung (b) für die Sendung eines Signals von der ersten Station (4) zu der zweiten Station (MS) ausgewählt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei mehr als eine Strahlrichtung (b) für die Sendung eines Signals von der ersten Station (4) zu der zweiten Station (MS) ausgewählt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei zwei Strahlrichtungen (b) für die Sendung eines Signals von der ersten Station (4) zu der zweiten Station (MS) ausgewählt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei zumindest eine Richtung (b) für aufeinanderfolgende Gruppen von Signalen ausgewählt wird und jede Gruppe von Signalen eine vorbestimmte Anzahl von Zeitschlitzen (TS) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei zumindest eine Richtung (b) für aufeinanderfolgende Gruppen von Signalen ausgewählt wird und jede Gruppe von Signalen eine vorbestimmte Anzahl von Signalpaketen umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei zumindest eine Richtung (b) für aufeinanderfolgende Gruppen von Signalen ausgewählt wird und jede Gruppe von Signalen eine vorbestimmte Anzahl von Komponentenabschnitten eines Signalpakets oder eines Zeitschlitzes (TS) umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche bei Verwendung in einem Netzwerk, das eine Vielzahl von Netzwerkelementen mit zumindest einer Vielzahl von ersten (4) und zweiten Stationen (MS) umfasst, wobei der Auswahl schritt zusätzlich zumindest ein Netzwerkkriterium und/oder zumindest ein Netzwerkelementkriterium berücksichtigt.
Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei der Auswahlschritt eine Interferenzdichte in einer oder mehreren Richtungen (b) berücksichtigt.
Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei der Auswahlschritt Energielastbedingungen von Komponenten innerhalb der ersten Station (4) berücksichtigt.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei der Auswahlschritt unmittelbare Energielastbedingungen von Komponenten innerhalb der ersten Station (4) berücksichtigt.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei der Auswahlschritt mittlere Energielastbedingungen von Komponenten innerhalb der ersten Station (4) berücksichtigt.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei der Auswahlschritt die Bitraten einer Mehrzahl von mit der ersten Station (4) verbundenen Benutzern berücksichtigt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Auswahlschritt die Verkehrsbedingungen der oder jeder Richtung (b) berücksichtigt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Auswahlschritt die statistische Last der oder jeder Richtung (b) berücksichtigt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 21 bis 28, wobei der Auswahlschritt ein Zuweisen einer Prioritätseinstufung zu einer oder mehreren Richtungen (b) auf der Grund lage von zusätzlichen, berücksichtigten Kriterien umfasst, wobei der Auswahlschritt Richtungen (b) mit höchster Priorität vorzieht.
Verfahren gemäß Anspruch 29, wobei Richtungen (b), die eine niedrige statistische Verwendung aufweisen, eine größere Priorität zugewiesen wird als Richtungen (b), die eine vergleichsweise hohe statistische Verwendung aufweisen.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Station (MS) zumindest die durch die erste Station (4) durchgeführte Auswahl beeinflusst, 32. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ersten Station (4) eine Basisstation ist.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Station (MS) eine Mobilstation ist.
Vorrichtung zur Richtfunkkommunikation zwischen einer ersten Station (4) und einer zweiten Station (MS), wobei die Vorrichtung umfasst: eine Einrichtung zum Bestimmen eines Satzes von einer oder mehreren Strahlrichtungen (s), die zur Verwendung beim Senden eines Signals von der ersten Station (4) zu der zweiten Station (MS) realisierbar sind, unter Verwendung eines von der zweiten Station (MS) empfangenen Signals, eine Einrichtung zum Auswählen, bei der ersten Station (4), von zumindest einer der Strahlrichtungen (b) zur Sendung eines Signals von der ersten Station (4) zu der zweiten Station (MS), wobei die Auswahl der zumindest einen Richtung (b) zur Sendung derart gesteuert ist, dass aufeinanderfolgende Signale oder Gruppen von Signalen in im Wesentlichen unterschiedlichen Richtungen gesendet werden, und derart, dass im Mittel jede für die erste Station (4) zur Verfügung stehende Strahlrichtung für eine im Wesentlichen gleiche Anzahl von Vorgängen verwendet wird.