DE19746894C2 - Verfahren und Funk-Kommunikationssystem zur Datenübertragung - Google Patents
Verfahren und Funk-Kommunikationssystem zur DatenübertragungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Funk-Kommunika
tionssystem zur Datenübertragung in einem GSM-Mobilfunknetz,
insbesondere zwischen Basisstationen und Mobilstationen über
eine TD/CDMA-Funkschnittstelle.
In Mobilfunknetzen werden Nachrichten (beispielsweise Spra
che, Bildinformationen oder andere Daten) mit Hilfe von
elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnittstelle zwi
schen sendender und empfangender Funkstation (Basisstation
bzw. Mobilstation) übertragen. Das Abstrahlen der elektro
magnetischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequenzen, die
in dem für das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband
liegen. Beim GSM (Global System for Mobile Communication)
liegen die Trägerfrequenzen im Bereich von 900, 1800 bzw.
1900 MHz. Für zukünftige Mobilfunknetze mit TDMA- oder
TD/CDMA-Übertragungsverfahren über die Funkschnittstelle,
beispielsweise das UMTS (Universal Mobile Telecommunication
System) oder andere Systeme der 3. Generation sind Frequenzen
im Frequenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen.
Aus DE 195 49 148 ist ein Funk-Kommunikationssystem bekannt,
das eine CDMA-Teilnehmerseparierung (CDMA Code Division
Multiple Access) nutzt, wobei die Funkschnittstelle zusätz
lich eine Zeitmultiplex-Teilnehmerseparierung (TDMA Time
Division Multiple Access) aufweist. Es wird folglich ein
TD/CDMA-Übertragungsverfahren für die Funkschnittstelle
genutzt. Empfangsseitig wird ein JD-Verfahren (JD Joint
Detection) angewendet, um unter Kenntnis von Spreizcodes
mehrerer Teilnehmer eine verbesserte Detektion der über
tragenen Daten vorzunehmen. Dabei ist es bekannt, daß einer
Verbindung über die Funkschnittstelle zumindest zwei Daten
kanäle zugeteilt werden können, wobei jeder Datenkanal durch
einen individuellen Spreizcode unterscheidbar ist. Das
hierbei gezeigte Funk-Kommunikationssystem ist ein Kandidat
für ein System der 3. Mobilfunkgeneration.
Aus P. Vary, "Implementation Aspects of the Pan-European
digital mobile radio system", IEEE 1989, S. 4-17 bis 4-22, ist
die Struktur einer GSM Funkstation mit HF-Teil, Filtern, Ka
nalschätzern, Modulatoren/Demodulatoren, Kanalcodierern/
Kanaldecodierern bekannt. Der GSM-Standard benutzt eine Kom
bination von FDMA (Frequency Division Multiple Access) und
TDMA für die Funkschnittstelle und hat weltweite Akzeptanz
gefunden. Über 20 Mio. Teilnehmer werden allein in Europa
über diesen Standard bedient. Umfangreiche Investionen in die
Infrastruktur und in Mobilstationen wurden bisher getätigt.
Der Übergang von der 2. Mobilfunkgeneration (GSM) zur 3.
Mobilfunkgeneration wird für die Netzbetreiber wiederum
erhebliche Investitionen erfordern, wenn Netzelemente wie
Mobilvermittlungsstelle, Basisstationscontroller oder Basis
stationen ausgetauscht oder zusätzlich installiert werden
müssen. Auch durch die Hersteller der Infrastruktur und der
Mobilstationen sind bedeutende Entwicklungsaufwendungen
nötig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Funk-
Kommunikationssysteme zur Datenübertragung in einem Mobil
funknetz anzugeben, die eine aufwandsgünstige Migration von
einem bestehenden GSM-Mobilfunknetz erlauben. Diese Aufgabe
wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentan
spruchs 1 und das Funk-Kommunikationssystem mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwick
lungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
In einem GSM-Mobilfunknetz mit zumindest einem Basisstations
controller und einer ersten Basisstation wird zwischen der
ersten Basisstation und Mobilstationen zumindest ein erster
Frequenzkanal zur Datenübertragung und zur Übertragung von
Signalisierungsinformation zur Verfügung gestellt. Erfin
dungsgemäß stellt die erste Basisstation zusätzlich einen
zweiten breitbandigen Frequenzkanal mit einem TD/CDMA-Über
tragungsverfahren zur Verfügung. Nachdem eine Verbindung im
ersten oder zweiten Frequenzkanal aufgebaut ist, wird durch
den Basisstationscontroller eine Übergabe der Verbindung auf
den jeweils anderen Frequenzkanal durchgeführt, ohne daß eine
zweite Basisstation ausgewählt wird.
Dies bedeutet, daß ausgehend von einer bereits erschlossenen
Basisstationslage durch Nachrüsten einer bereits im GSM-Netz
installierten Basisstation, wobei dieses für die Trägerfre
quenzen im Bereich von 900, 1800 bzw. 1900 MHz gleichermaßen
gilt, ein neues Übertragungsverfahren angeboten wird. Damit
entfallen zusätzliche Aufwendungen zum Erschießen einer neuen
Basisstationslage. Durch schrittweises Nachrüsten der Basis
stationen wird die Abdeckung in einer Weise verbessert, die
es erlaubt, die zusätzlichen funktechnischen Kapazitäten erst
dort zu schaffen, wo sie im ausreichendem Maße nachgefragt
werden. Die Investitionsrisiken für Netzbetreiber werden
dadurch gesenkt.
Ohne die Versorgung von GSM-Mobilstationen zu vernachlässigen
kann punktuell eine Versorgung von Mobilstationen, die nach
einem TD/CDMA-Übertragungsverfahren die Funkschnittstelle
nutzen, gesichert werden. Für Mixed-Mode Mobilstationen, die
beide Frequenzkanäle bedienen können, ist eine volle Ab
deckung gewährleistet und für bestimmte Regionen können zu
sätzliche neue, höherrate Dienste angeboten werden.
Die Übergabe der Verbindung schließt nicht nur bereits auf
gebaute Verbindungen ein, sondern ist auf Fälle anwendbar, in
denen eine Mobilstation Organisations- oder Signalisierungs
informationen in einem Frequenzkanal, vorteilhafterweise dem
ersten Frequenzkanal, empfängt bzw. Signalisierungsinfor
mation sendet, die Übertragung der Nutzinformationen jedoch
im anderen Frequenzband, beispielsweise dem zweiten Frequenz
band stattfindet.
Die Migration von bestehenden GSM-Mobilfunknetzen zu einem
Funk-Kommunikationssystem der 3. Generation wird dadurch
wesentlich vereinfacht. Das TD/CDMA-Übertragungsverfahren
verbindet Vorteile des bekannten TDMA-Übertragungsverfahrens
mit denen der einfachen Verwirklichung von höherratigen
Diensten mit variabler Datenrate mit Hilfe eines CDMA-Teil
nehmerseparierungsverfahrens, wobei beide Übertragungs
verfahren ein gleiches Zeitraster nutzen.
Durch das breitbandige Auslegen des zweiten Frequenzkanals
können die Sende/Empfangseinrichtungen im Vergleich zu einer
Vielzahl von schmalbandigen Frequenzkanälen wirtschaftlicher
hergestellt werden, da weniger HF-Komponenten benötigt werden
und fortschreitend bessere und billiger digitale Signalver
arbeitungsmittel die empfangs- und sendeseitige Signalver
arbeitung erleichtern.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung über
lappen sich die Frequenzbänder des ersten und zweiten Fre
quenzkanals. Dies bedeutet, daß das TD/CDMA-Übertragungs
verfahren in dem GSM-Mobilfunksystem vorbehaltenen Frequenz
bändern zum Einsatz kommt. Durch entsprechende Frequenz
planung werden zumindest einzelnen Basisstationen mehrere
zusammenhängende Frequenzbänder zugewiesen, die dann auch vom
breitbandigeren zweiten Frequenzkanal genutzt werden. Beson
ders vorteilhaft wird dies realisiert, wenn das Frequenzband
des zweiten Frequenzkanals zumindest acht Frequenzkanäle mit
einer Bandbreite gleich dem ersten Frequenzkanal umfaßt. Der
zweite Frequenzkanal hat beispielsweise eine Bandbreite von
1,6 oder 3,2 MHz und umfaßt somit acht oder 16 bisherige 200
kHz schmalbandige GSM-Frequenzbänder. Der zweite Frequenz
kanal ist also an das Frequenz- und Zeitraster des GSM-Mobil
funknetzes angepaßt.
Eine weitere vorteilhafte Ausprägung der Erfindung sieht vor,
daß der erste und zweite Frequenzkanal im gleichen Frequenz
band, jedoch in unterschiedlichen Zeitschlitzen realisiert
werden. Dies ist besonders in Funkzellen von Vorteil, in
denen ohne zusätzliche Frequenzbänder zu benötigen, GSM-,
TD/CDMA- und Mixed-Mode Mobilstationen versorgt werden
sollen. Bedarfsgerecht können die Zeitschlitze auf die zwei
Übertragungsverfahren verteilt werden.
Die Verteilung mehrerer Verbindungen auf die Zeitschlitze
wird durch den Basisstationscontroller vorteilhafterweise
derartig gesteuert, daß ein Zeitschlitz von einem TDMA- bzw.
TD/CDMA-Übertragungsverfahren für das jeweilige andere
Übertragungsverfahren übergeben wird. Damit wird erreicht,
daß die Zeitschlitze mit Verbindungen gut gefüllt sind und
möglichst viele Zeitschlitze bei Bedarfsschwankungen einem
stärker nachgefragten Übertragungsverfahren zugeteilt werden.
Auf diese Weise blockieren keine einzelnen GSM-Zeitschlitze
die Benutzung eines Zeitschlitzes über die ganze Bandbreite
des zweiten Frequenzkanals, der eine höhere Übertragungs
kapazität aufweist. Gleiches gilt für ein umgekehrtes Neuver
teilen der Verbindungen.
Die Übergabe einer Verbindung zu dem jeweilig anderen Über
tragungsverfahren erfolgt, sobald die Auslastung des Fre
quenzkanals unter einen ersten Schwellwert sinkt oder das
Verhältnis von Mobilstation mit TD/CDMA-Tauglichkeit zu
sonstigen Mobilstation innerhalb einer Funkumgebung einen
zweiten Schwellwert erreicht. Durch die Einführung der
Schwellwerte wird der bisherige Bedarf oder der zukünftige
Bedarf, der sich aus den in der Funkzelle befindlichen
Mobilstationen ableiten läßt, abgeschätzt und durch recht
zeitiges Verteilen der Verbindungen die funktechnischen
Ressourcen bestmöglich genutzt.
Betrachtet man ein Funk-Kommunikationssystem mit mehreren
Basisstationen, von denen die erste beide Frequenzkanäle
unterstützt und die zweite nur das TDMA-Übertragungsverfahren
des GSM-Standards unterstützt, so erfolgen vorteilhafterweise
Übergaben von Verbindungen von der zweiten Basisstationen
ohne TD/CDMA-Tauglichkeit bevorzugt zur ersten Basisstation.
Die zweite Basisstation wird durch die zwei Frequenzkanäle
über umfangreichere funktechnische Ressourcen verfügen. Die
Übergaben zwischen den Basisstationen können auch nach vor
genannten Prinzipien und Schwellwerten vorgenommen werden.
Das GSM-Mobilfunknetz stellt in jeder Basisstation Organi
sations- und Signalisierungskanäle bereit, die flächendeckend
verfügbar sind. Vorteilhafterweise wird zur Übergabe von
Verbindungen oder für einen Verbindungsaufbau die Signalisie
rungsinformation des ersten Frequenzkanals benutzt. Damit
werden auch bei nicht überlappenden Frequenzkanälen keine
oder nur geringe zusätzlichen Signalisierungsaufwendungen
nötig und zusätzliche Kapazitäten können besser für eine
Nutzinformationsübertragung genutzt werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht
vor, daß zur Übergabe von Verbindungen oder für einen Verbin
dungsaufbau eine Abfrage einer gewünschten Datenrate erfolgt,
und danach der erste oder zweite Frequenzkanal ausgewählt
wird. Damit kann bereits bei Verbindungsaufbau oder bei einer
während der Verbindung gewünschten größeren oder kleineren
Datenrate eine entsprechende Zuteilung eines Übertragungsver
fahrens vorbereitet werden. Dabei ist der erste Frequenzkanal
für Sprachübertragung und kleinere Datenraten und der zweite
Frequenzkanal für höherratige Dienste (Internet oder Multi
mediadienste) besser geeignet.
Das Nachrüsten der Basisstation erfolgt durch Einsatz von
zusätzlichen Sende/Empfangseinrichtungen für die TD/CDMA-
Übertragung oder durch Ersatz einer GSM-Sende/Empfangsein
richtung durch eine gemeinsame Sende/Empfangseinrichtung für
beide Übertragungsverfahren. Trotz des Nachrüstens können
jedoch gemeinsame Baugruppen, wie zum Beispiel Antennen, HF-
Komponenten, Verstärker, Synchronisations- und Taktbau
gruppen, Schnittstellen zum Basisstationscontroller etc.
gemeinsam benutzt werden.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der erste und zweite
Frequenzkanal unterschiedlichen Zellgrößen gemäß einem hie
rarchischen Zellmodell zugeordnet sind. Während einer Mig
rationsphase kann es vorteilhaft sein, den zweiten Frequenz
kanal für die TD/CDMA-Übertragung nur in bestimmten eng
begrenzten Räumen anzubieten ("hot spots"), d. h. Mikrozellen
damit auszustatten, oder für Funkzellen mit allgemein nied
rigen Dichten an neuen Mixed-Mode Mobilstationen Makrozellen
auszustatten.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt weiterhin freien Gestal
tungsspielraum im Verhältnis von Aufwärts- und Abwärtsrich
tung. Im Sinne einer asymmetrischen Informationsübertragung,
wie sie für Multimediadienste benötigt werden, können in
beide Übertragungsrichtungen unterschiedliche Datenraten be
nutzt werden. Alternativ können in Aufwärts- und Abwärtsrich
tungen gleiche Frequenzbänder, jedoch unterschiedliche Zeit
schlitze benutzt werden. Damit kann auch die Nutzung von
DECT-Funk-Kommunikationssystemen eingeschlossen werden.
Der zweite Frequenzkanal kann alternativ zu TD/CDMA-Verfah
ren, wie es aus DE 195 49 148 bekannt sind, andere Verfahren
nutzen, die auf der gleichen Zeitrahmenstruktur wie das GSM-
Mobilfunknetz beruhen, jedoch eine Spreizung gemäß einer
Frequenzsprungsequenz oder eine breitbandige Übertragung gemäß
einer OFDM-Übertragung nach EP 97105149 nutzen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beilie
genden Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Funk-Kommunikations
systems,
Fig. 2 ein Konvergenzprinzip für verschiedene Übertra
gungsdienste in einem Funk-Kommunikationssystem,
Fig. 3, 4 eine Darstellung der Frequenzbänder für getrennte
oder sich überlappende Frequenzkanäle,
Fig. 5 bis Fig. 8 verschiedene Kombinationen von Mobilstationen und
Basisstationen und ihre Fähigkeit TDMA und TD/CDMA
Übertragungsverfahren zu unterstützen,
Fig. 9 eine schematische Darstellung der Signalisierung
zum Verbindungsaufbau,
Fig. 10 eine schematische Darstellung der Zeitrahmen
struktur,
Fig. 11 ein Blockschaltbild der Signalverarbeitungsmittel,
Fig. 12 ein Blockschaltbild vom HF-Teil des Senders,
Fig. 13 ein Blockschaltbild vom HF-Teil des Empfängers,
Fig. 14 ein detailliertes Blockschaltbild vom Sender für
die TD/CDMA-Übertragung, und
Fig. 15 ein detailliertes Blockschaltbild vom Empfänger für
die TD/CDMA-Übertragung.
Das in Fig. 1 dargestellte Funk-Kommunikationssystem KN ent
spricht in seiner Struktur einem bekannten GSM-Mobilfunknetz,
das aus einer Vielzahl von Mobilvermittlungsstellen MSC be
steht, die untereinander vernetzt sind bzw. den Zugang zu
einem Festnetz PSTN herstellen. Weiterhin sind diese Mobil
vermittlungsstellen MSC mit jeweils zumindest einem Basis
stationscontroller BSC verbunden. Jeder Basisstationscon
troller BSC ermöglicht wiederum eine Verbindung zu zumindest
einer Basisstation BTS. Eine solche Basisstation BTS ist eine
Funkstation, die über eine Funkschnittstelle eine Funkverbin
dung zu Mobilstationen MS aufbauen kann. Eine Dienstesteu
erungseinheit SCP im Sinne eines intelligenten Netzes (IN)
realisiert Funktionen zum Software-Update für das Mobilfunk
netz bzw. für Teile davon.
Bei der Aufteilung des Mobilfunknetzes kann in Einrichtungen
BTS, BSC unterschieden werden, die Dienste nach dem GSM-Stan
dard, Dienste nach einem Standard der 3. Generation (UMTS)
mit TD/CDMA-Funkschnittstelle oder die beide Standards unter
stützen. Die Funkzellen der entsprechenden Basisstationen
BTS(dual), BTS(GSM), BTS(TD/CDMA) können sich dabei auch
überlagern.
Die Mobilität der Mobilstationen MS soll entsprechend der
Erfindung nicht durch die unterschiedlichen verfügbaren
Standards behindert werden. Eine Mobilstation MS, die nur den
GSM-Standard unterstützt, kann weiterhin eine Funkverbindung
zu einer Basisstation BTS des GSM-Standards aufbauen (Fig.
5). Die Mobilstation MS kann jedoch ebenso von einer Basis
station BTS versorgt werden, die dual beide Standards
(TD/CDMA, GSM) unterstützt (Fig. 8). Eine Basisstation BTS,
die TD/CDMA- und TDMA-Übertragung nach GSM unterstützt, ist
eine Basisstation nach der Erfindung.
Eine Mixed-Mode Mobilstation MS, die beide Standards unter
stützt (Fig. 6 und 7), kann sowohl mit einer GSM-Basisstation
BTS(GSM), als auch mit einer Basisstation BTS kommunizieren,
die nur eine TD/CDMA-Übertragung oder beide Übertragungs
verfahren zuläßt.
Eine Mobilstation MS oder eine Basisstation BTS, die TD/CDMA
und GSM-Übertragung unterstützen, müssen nicht ständig alle
dafür notwendigen Programmodule gespeichert haben. Ein Laden
von Programmodulen ersetzt oder ergänzt die vorhandenen Pro
grammodule im Sinne eines Software-Updates oder einer Para
metereinstellung und erfolgt mit netzseitiger Unterstützung
durch die Dienstesteuerungseinheit SCP.
Mit Unterstützung intelligenter Netze IN (insbesondere das
CAMEL-Protokoll des GSM-Mobilfunknetzes) ist ein Zusammen
fassen bisher getrennter Funktionen von Kommunikationsnetzen
nach Fig. 2 möglich. Mittels einer TD/CDMA-Übertragung kann
neben einer Anbindung mobiler Funkstationen (Mobilstation MS)
auch ein drahtloser Anschluß fester Funkstationen (wireless
in the local loop) erfolgen. Weiterhin kann auch im Indoor-
Bereich ein Anschluß von Basisstationen BTS (TD/CDMA) über
eine ISDN-Leitung erfolgen, so daß im Sinne schnurloser
Teilnehmerendgeräte eine Heimbasisstation zur Verfügung
steht. Ein Funk-Kommunikationssystem entsprechend der Er
findung kann über konfigurierbare UMTS Zugriffsknoten AN über
ISDN, GSM- (PCM) oder B-ISDN-Leitungen mit Internet- oder
anderen Übertragungsnetzen verbunden werden.
Die genutzten Dienste und die zur Übertragung genutzten
Kommunikationsnetze werden somit trennbar, so daß unter
schiedliche Dienste auch von unterschiedlichen Kommuni
kationsnetze bereitgestellt werden können. Eine Vielzahl von
Anwendungsservern kann unabhängig vom Kommunikationsnetz
genutzt werden, wobei unterschiedliche Kommunikationsnetze
beispielsweise mit ATM-Übertragungsstrecken verbunden sind.
Wird die Funkschnittstelle zwischen einer ersten Basisstation
BTS und weiteren Funkstationen MS(TD/CDMA), MS(dual) betrach
tet, dann sind Frequenzbänder nach Fig. 3 und 4 auf die beiden
Übertragungsverfahren aufteilbar. In Fig. 3 umfaßt ein GSM900,
GSM1800 oder PCS1900 Frequenzband einen ersten Frequenzkanal
mit 200 kHz Bandbreite. Dieser erste Frequenzkanal wird durch
eine erste Sende/Empfangseinrichtung TRX1 realisiert. Ein
zweites Frequenzband für eine UMTS-Übertragungsverfahren bei
ca. 2000 MHz ist getrennt und umfaßt einen zweiten Frequenz
kanal für eine TD/CDMA-Übertragung. Dieser zweite Frequenz
kanal wird durch eine zweite Sende/Empfangseinrichtung TRX2
realisiert.
Mixed-Mode Mobilstationen MS sind dabei in der Lage, beide
Frequenzkanäle auszuwerten. Insbesondere werden nur im ersten
Frequenzkanal von der Basisstation BS gesendete Organisa
tions- und Signalisierungsinformationen auch für den Verbin
dungsaufbau, für eine Übergabe und für Nachbarzellenmessungen
empfangen und ausgewertet.
In Fig. 4 überlappen sich die Frequenzbänder des ersten und
zweiten Frequenzkanals, d. h. acht erste schmalbandige 200 kHz
Frequenzkanäle bilden einen breitbandigen 1,6 MHz Frequenz
kanal für die TD/CDMA-Übertragung, der durch eine dritte
Sende/Empfangseinrichtung TRX3 realisiert wird. Das TD/CDMA-
Übertragungsverfahren wird also in einem GSM-Frequenzband
verwirklicht.
In Fig. 10 wird verdeutlicht, daß die Unterscheidung der bei
den Übertragungsverfahren anhand von Zeitschlitzen innerhalb
der beiden Übertragungsverfahren gemeinsamen TDMA-Rahmen
struktur erfolgt. Es sind beispielhaft drei Zeitschlitze
gezeigt, wobei der erste Zeitschlitz acht GSM-Kanäle enthält,
von denen 6 mit Verbindungen V1 bis V6 belegt sind. Im
zweiten Zeitschlitz kommt gemäß dem TD/CDMA-Verfahren eine
Spreizung mit individuellen Spreizcodes hinzu, so daß drei
Verbindungen V7 bis V9 übertragen werden. Den Verbindungen V7
bis V9 können dabei durch Zuweisungen mehrerer Spreizkodes
entsprechend höhere Datenrate ermöglicht werden. Im dritten
Zeitschlitz sind nur zwei GSM-Kanäle durch Verbindungen V10
und Vi belegt.
Die Funkschnittstelle des TD/CDMA-Verfahren kann folgender
maßen festgelegt werden:
- - acht Zeitschlitze pro Rahmen,
- - 64 Fullrate-Sprachkanäle pro Rahmen,
- - 8 Spreizcodes pro Zeitschlitz,
- - Bandbreite 1,6 MHz (alternativ 3,2 MHz),
- - Funkblocklänge 577 µs,
- - QPSK oder 16 QAM-Modulation von zu übertragenden Daten,
- - linearisierte GMSK gespreizte Modulation,
- - Chiprate 2,167 Mchips/s,
- - Schaltungs- oder packetvermittelte Datenraten von 1 Mbit/s und 2 Mbit/s für Indoor-Umgebungen.
Für den in Fig. 10 gezeigten Fall nimmt die Steuereinrichtung
ST nach Fig. 2, die üblicherweise in einem Basisstationscon
troller BSC realisiert wird, eine Übergabe der Verbindungen
V10 und Vi vom dritten auf den ersten Zeitschlitz vor, so daß
der dritte Zeitschlitz wahlweise auch für eine TD/CDMA-Über
tragung genutzt werden kann.
Diese Verteilung wird dadurch eingeleitet, daß die Belegung
des dritten Zeitschlitzen unter einen ersten Schwellwert von
3 gesunken ist und ausreichend erste Frequenzkanäle in an
deren GSM-Zeitschlitzen zur Verfügung standen. Diese Ver
teilung kann auch dadurch ausgelöst werden, daß eine Verbin
dungen V1 zu einer Mixed-Mode Mobilstation MS führt, die eine
höhere Datenrate oder einen neuen Dienst anfordert, so daß
ein Wechsel der Verbindung V1 zu einer hochratigen TD/CDMA-
Übertragung nötig wird. Dabei findet eine Übergabe innerhalb
einer Basisstation BS vom ersten zum zweiten Frequenzkanal
statt.
Schon beim Verbindungsaufbau werden Mixed-Mode Mobilstationen
MS bevorzugt an Basisstationen BS übergeben, die auf dem
zweiten Frequenzkanal freie Übertragungskapazität anbieten
können. Dies geschieht, selbst wenn ein Verbindungsaufbau
auch zu anderen Basisstationen BS möglich wäre. Eine Übergabe
findet ebenfalls statt, wenn sich mehrere Mixed-Mode Mobil
stationen MS in einer Funkzelle anmelden, die eventuell einen
höherratigen Dienst nachfragen werden. Ist beispielsweise das
Verhältnis der Verbindungen V1, V2, V3 (Mixed-Mode) zu den
Verbindungen V4, V5, V6 gleich 1 und erreicht damit einen
zweiten Schwellwert, dann wird ebenfalls ein zweiter Zeit
schlitz für die TD/CDMA-Übertragung vorbereitet.
Ein Meldungsaustausch zwischen einer Mobilstation MS und dem
Funk-Kommunikationssystem beginnt mit einer netzseitigen
Information über einen Organisationskanal. Diese Informa
tionen signalisieren der Mobilstation MS, welche Standards in
der entsprechenden Funkzelle unterstützt werden und welche
Frequenzkanäle zur Verfügung stehen. Hierbei wird ein Organi
sationskanal aus dem GSM-Mobilfunknetz genutzt.
Gibt der Teilnehmer der Mobilstation MS einen Gesprächswunsch
(MOC) an oder wird ein Verbindungsaufbau zur Mobilstation MS
(MTC) gewünscht, so wird der Verbindungsaufbau angemeldet und
der gewünschte Dienst signalisiert, worauf der Basisstations
controller BSC eine Zuweisung von Frequenzband, Zeitschlitz
und Übertragungsverfahren vornimmt und über die Basisstation
BS der Mobilstation MS signalisiert. Daraufhin wird die Ver
bindung Vi im signalisierten Frequenzkanal betrieben.
Der Aufbau einer Sende/Empfangseinrichtung TRX3 mit beiden
Übertragungsverfahren innerhalb einer Basisstation ist ver
einfacht in Fig. 11 gezeigt, wobei eine Aufteilung in ein
Digitalteil, das durch digitale Signalverarbeitungsmittel DSP
realisiert wird, und ein HF-Teil, das aus einem Sendeteil HF-
S und einem Empfangsteil HF-E besteht, vorgenommen ist. Das
Sendeteil HF-S und das Empfangsteil HF-E sind mit einer
gemeinsamen Antenneneinrichtung A verbunden. Gemeinsame
Komponenten für mehrere Sende/Empfangseinrichtungen TRX1,
TRX2, TRX3, wie z. B. Verstärker, Synchronisations- und
Taktbaugruppen, Schnittstellen zum Basisstationscontroller
und zum Organisations- und Wartungszentrum OMC sind nicht
dargestellt.
Der Sendepfad der digitalen Signalverarbeitung besteht aus
einem Faltungscodierer FC zur Kanalcodierung von Nutzdaten
und Signalisierungsdaten, die zuvor in einem Blockcodierer BC
blockcodiert wurden. Anschließend werden in einem Interleaver
I die Daten verwürfelt und je nach Übertragungsstandard einem
Modulator GSM-MOD zur GSM-Modulierung oder einem Modulator
JD-MOD zur TD/CDMA-Modulierung zugeführt. Ein erstes Um
schaltmittel UM1, das wie auch ein später gezeigtes zweites
Umschaltmittel UM2 durch ein Steuermittel SE gesteuert wird,
verbindet den ausgewählten Modulator GSM-MOD bzw. JD-MOD mit
einem digitalen Sendefilter SF und weiter mit dem Sendeteil
HF-S. Ein Mittel LR zur Sendeleistungsregelung steuert nach
Vorgaben der Steuermittel SE die Sendeleistung für Sendesig
nale tx.
Im Empfangspfad werden durch die Antenneneinrichtung A
empfangene Empfangssignale rx im Empfangsteil HF-E auf
gearbeitet und der digitalen Signalverarbeitung zugeführt.
Ein digitales Empfangsfilter EF filtert die breitbandigen
Empfangssignale rx und gibt über das zweite Umschaltmittel
UM2 die Signale an einen Kanalschätzer ab, der entweder ein
Kanalschätzer GSM-KS nach dem GSM-Standard oder ein Kanal
schätzer JD-KS nach dem TD/CDMA-Standard ist. Nach der Kanal
schätzung werden die Signale dem jeweiligen Datenschätzer
GSM-D oder JD-D zugeführt, die die Datendetektion vornehmen.
In einem Deinterleaver DI werden die Daten beider Pfade
wieder gemeinsam entwürfelt und anschließend einem Fal
tungsdecodierer FD zur Kanaldecodierung zugeführt. Signali
sierungsinformationen werden einem Blockdecodierer BD zuge
führt, der diese Daten decodiert an das Steuermittel SE ab
gibt.
Das Steuermittel SE gibt die zu sendenden oder die empfange
nen Signalisierungsdaten in den Sende- bzw. Empfangspfad wei
ter und stellt die Verbindung zu netzseitigen Signalisie
rungskanälen zum Basisstationscontroller BSC her.
Das Sendeteil HF-S nach Fig. 12 enthält einen Digital/Analog-
Wandler D/A für Real- und Imaginärteil, erste analoge Sende
filter FS1 zum Tiefpaßfiltern der Signale im Basisband, eine
erste Mischstufe MS1 zum Umsetzen der Sendesignale tx ins
Sendefrequenzband, und einen Leistungsverstärker PA zum
Verstärken der Sendesignale tx.
Das Empfangsteil HF-E nach Fig. 13 enthält einen ersten ana
logen Empfangsfilter EF1, einen Empfangsverstärker RPA zum
Messen und Verstärken der Empfangssignale rx, eine zweite
Mischstufe MS2 zum Umsetzen der Empfangssignale rx ins Basis
band (es können auch mehrere Mischstufen genutzt werden),
zweite analoge Empfangsfilter EF2 und schließlich einen
Analog/Digital-Wandler A/D für Real- und Imaginärteil, der
digitale Empfangssignale rx erzeugt, die in dem digitalen
Signalverarbeitungsmittel DSP verarbeitbar sind.
Empfangsteil HF-E und Sendeteil HF-S sind breitbandig, bei
spielsweise für B = 1,6 MHz ausgelegt. Im folgenden wird nur
der TD/CDMA-Modus näher erläutert.
In Fig. 14 ist der Sendepfad der Einrichtung detailliert
dargestellt. Er ist in der üblichen Beschreibungsform zur
Modellierung und Simulation eines nachrichtentechnischen
Systems dargestellt, bei dem die Abhängigkeit zwischen ver
schiedenen Funktionen und die Systemstruktur dargestellt ist.
Im Teilmodul S2 werden die Eingangsdaten dS1 (k), k = 1.. K, die
wahlweise aus den uncodierten Daten dQ1 (k), k = 1.. K, oder aus den
im Teilmodul S1 quellencodierten Daten dQ2 (k), k = 1.. K, hervor
gehen, der Kanalcodierung mit anschließenden Interleaving
unterzogen. Die Daten von einer ersten Datenquelle Q1 werden
über einen Nutzdatenkanal TCH übertragen, die Daten von einer
zweiten Datenquelle Q2 über einen Signalisierungskanal SACCH
bzw. FACCH.
Eine n-PSK Modulation und eine Spreizung der Daten mit den
modulierten teilnehmerspezifischen CDMA-Codes c(k) , k = 1.. K,
erfolgt im Teilmodul S3. Danach folgt die Summation aller ge
spreizten Datenfolgen im Teilmodul S4 und ein anschliessendes
Integrieren der Mittambel in die Burststruktur im Teilmodul
S5. Im Teilmodul S6 folgt die spektrale Formung des Sende
signals s; in den Modulen S7 bis S9 die Umsetzung des zeit
diskreten 4-fach überabgetasteten Sendesignals im Basisband
sS6 in den zeit- und wertekontinuierlichen Bandpaßbereich des
Sendefrequenzbandes.
In Fig. 15 ist der Empfangspfad der Einrichtung detailliert
dargestellt. Im Teilmodul E1 erfolgt die Umsetzung der Emp
fangssignale rx aus dem Sendefrequenzband in den Tiefpaßbe
reich und die Aufspaltung in eine reale und eine imaginäre
Komponente. Im Teilmodul E2 erfolgt eine analoge Tiefpaßfil
terung und im Teilmodul E3 schließlich eine 2-fache Überab
tastung des Empfangssignals mit 13/3 MHz und einer Wortbreite
von 12 bit.
Im Teilmodul E4 erfolgt eine digitale Tiefpaßfilterung mit
einem Filter der Bandbreite 13/6 MHz mit möglichst hoher
Flankensteilheit zur Kanaltrennung. Anschließend erfolgt im
Teilmodul E4 eine 2 : 1 Dezimierung des 2-fach überabgetasteten
Signals.
Das derart gewonnene Empfangssignal e besteht im wesentliche
aus zwei Teilen, nämlich aus einem Anteil em zur Kanal
schätzung und aus den Anteilen e1 und e2 zur Datenschätzung.
Im Teilmodul E5 erfolgt die Schätzung aller Kanalimpulsant
worten h(k) mittels eines bekannten Mittambelgrundcodes m
aller im jeweiligen Zeitschlitz übertragener Datenkanäle.
Im Teilmodul E6 werden Parameter b(k) für angepaßte Filter
für jeden Datenkanal unter Verwendung der CDMA-Codes c(k) be
stimmt. Im Teilmodul E7 erfolgt die Eliminierung der von den
Mittambeln m(k) herrührenden Interferenzen in den zur Daten
schätzung benutzten Empfangsblöcken e1/2. Dies ist durch die
Kenntnis von h(k) und m(k) möglich.
Im Teilmodul E8 erfolgt die Berechnung der Kreuzkorrelations
matrix A*T A. Da A*T A Töplitzstruktur hat, ist hier nur die
Berechnung eines kleines Teils der Matrix nötig, der dann zur
Erweiterung auf die komplette Größe verwendet werden kann. Im
Teilmodul E9 erfolgt eine Cholesky-Zerlegung von A*T A in H*T
H, wobei H eine obere Dreiecksmatrix ist. Aufgrund der Töp
litzstruktur von A*T A hat auch H näherungsweise eine Töp
litzstruktur und muß nicht vollständig berechnet werden. Ein
Vektor s repräsentiert die Kehrwerte der Diagonalelemente von
H, die vorteilhaft bei den Gleichungssystemlösern benutzt
werden können.
Im Teilmodul E10 erfolgt eine angepaßte Filterung (matched
filter) der Empfangssymbolfolgen e1/2 mit b(k). Teilmodul E11
realisiert die Gleichungssystemlöser 1 für H*T . z1/2 = e1/2, und
Teilmodul E12 die Gleichungssystemlöser 2 für H . d1/2 = z1/2. Im
Teilmodul E13 werden die geschätzten Daten d1/2 demoduliert,
entwürfelt und schließlich mittels Viterbi-Decodierer fal
tungsdecodiert. Die decodierten Datenblöcke dE13 (k) werden wahl
weise einer ersten Datensenke D1 oder über den Quellen
decodierer E14 einer zweiten Datensenke D2 zugeführt. Die
Quellendecodierung ist bei Datenblöcken notwendig, die über
Signalisierungskanäle SACCH oder FACCH übertragen wurden.
Das in den Ausführungsbeispielen vorgestellte Funk-Kommunika
tionssystem zur Datenübertragung schafft ein Mobilfunknetz
mit einer Kombination von FDMA, TDMA und CDMA und ist für
Anforderungen an Systeme der 3. Generation geeignet. Insbe
sondere eignet es sich für eine Implementierung in bestehende
GSM-Mobilfunknetze, für die ein nur geringer Änderungsaufwand
nötig ist.
Claims (20)
1. Verfahren zur Datenübertragung in einem GSM-Mobilfunknetz
mit zumindest einem Basisstationscontroller (BSC) und einer
ersten Basisstation (BS), bei dem
zwischen der ersten Basisstation (BS) und Mobilstationen (MS) zumindest ein erster Frequenzkanal zur Datenübertragung und zur Übertragung von Signalisierungsinformation zur Verfügung steht,
die erste Basisstation (BS) zusätzlich einen zweiten breit bandigen Frequenzkanal mit einem TD/CDMA-Übertragungsver fahren zur Verfügung stellt,
eine Verbindung (V1) im ersten oder zweiten Frequenzkanal aufgebaut wird,
durch den Basisstationscontroller (BSC) eine Übergabe der Verbindung (V1) auf den jeweils anderen Frequenzkanal er folgt, ohne daß eine zweite Basisstation (BS) ausgewählt wird.
zwischen der ersten Basisstation (BS) und Mobilstationen (MS) zumindest ein erster Frequenzkanal zur Datenübertragung und zur Übertragung von Signalisierungsinformation zur Verfügung steht,
die erste Basisstation (BS) zusätzlich einen zweiten breit bandigen Frequenzkanal mit einem TD/CDMA-Übertragungsver fahren zur Verfügung stellt,
eine Verbindung (V1) im ersten oder zweiten Frequenzkanal aufgebaut wird,
durch den Basisstationscontroller (BSC) eine Übergabe der Verbindung (V1) auf den jeweils anderen Frequenzkanal er folgt, ohne daß eine zweite Basisstation (BS) ausgewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
sich die Frequenzbänder des ersten und zweiten Frequenzkanals
überlappen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem
die Bandbreite des zweiten Frequenzkanals zumindest der acht
fachen Bandbreite des ersten Frequenzkanals ist.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
der erste und zweite Frequenzkanal im gleichen Frequenzband,
jedoch in unterschiedlichen Zeitschlitzen realisiert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem
der Basisstationscontroller (BSC) eine Verteilung mehrerer
Verbindungen (Vi) auf die Zeitschlitze derartig steuert, daß
ein Zeitschlitz von einem TDMA- bzw. TD/CDMA-Übertragungsver
fahren für das jeweilige andere Übertragungsverfahren
übergeben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem
der Basisstationscontroller (BSC) eine Verteilung mehrerer
Verbindungen (Vi) auf die Zeitschlitze derartig steuert, daß
die Übergabe einer Verbindung (V1) zu dem jeweilig anderen
Übertragungsverfahren erfolgt, sobald die Auslastung eines
Zeitschlitzes unter einen ersten Schwellwert sinkt.
7. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem
der Basisstationscontroller (BSC) eine Verteilung mehrerer
Verbindungen (Vi) auf die Zeitschlitze derartig steuert, daß
die Übergabe einer Verbindung (Vs) zu dem jeweilig anderen
Übertragungsverfahren erfolgt, sobald das Verhältnis von
Mobilstation (MS) mit TD/CDMA-Tauglichkeit zu sonstigen
Mobilstationen (MS) innerhalb einer Funkumgebung einen zwei
ten Schwellwert erreicht.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
auch Übergaben von Verbindungen (Vi) von einer zweiten Ba
sisstationen (BS) ohne TD/CDMA-Tauglichkeit bevorzugt zur
ersten Basisstation (BS) erfolgen.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
zur Übergabe von Verbindungen (Vi) oder für einen Verbin
dungsaufbau die Signalisierungsinformation des ersten Fre
quenzkanals benutzt wird.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
zur Übergabe von Verbindungen (Vi) oder für einen Verbin
dungsaufbau eine Abfrage einer gewünschten Datenrate erfolgt,
und danach der erste oder zweite Frequenzkanal ausgewählt
wird.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
während einer Verbindung (V1) bei zusätzlich benutzten Dien
sten eine Übergabe der Verbindung (V1) auf den zweiten Fre
quenzkanal erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
der erste und zweite Frequenzkanal durch unterschiedliche
Sende/Empfangseinrichtungen (TRX1, TRX2) der ersten Basis
station (BS) realisiert werden, jedoch weitere Baugruppen (A,
HF-S, HF-E) gemeinsam benutzt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem
der erste und zweite Frequenzkanal in einer gemeinsamen
Sende/Empfangseinrichtungen (TRX3) der ersten Basisstation
(BS) realisiert werden.
14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
der erste und zweite Frequenzkanal unterschiedlichen Zell
größen gemäß einem hierarchischen Zellmodell zugeordnet sind.
15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
in Aufwärts- und Abwärtsrichtungen unterschiedliche Daten
raten benutzt werden.
16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
in Aufwärts- und Abwärtsrichtungen gleiche Frequenzbänder,
jedoch unterschiedliche Zeitschlitze benutzt werden.
17. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
in Aufwärts- und Abwärtsrichtungen unterschiedliche Frequenz
bänder benutzt werden.
18. Funk-Kommunikationssystem mit zumindest einem Basissta
tionscontroller (BSC) und einer ersten Basisstation (BS), die
zur Datenübertragung gemäß einem TDMA-Verfahren in einem
ersten Frequenzkanal ausgebildet ist,
wobei die ersten Basisstation (BS) zumindest eine Sende/- Empfangseinrichtung (TRX2, TRX3) für einen zweiten breit bandigen Frequenzkanal mit einem TD/CDMA-Übertragungsver fahren enthält, und
der Basisstationscontroller (BSC) derart ausgeprägt ist,
wobei die ersten Basisstation (BS) zumindest eine Sende/- Empfangseinrichtung (TRX2, TRX3) für einen zweiten breit bandigen Frequenzkanal mit einem TD/CDMA-Übertragungsver fahren enthält, und
der Basisstationscontroller (BSC) derart ausgeprägt ist,
- 1. ein Verbindungsaufbau für eine Verbindung (V1) im ersten oder zweiten Frequenzkanal gesteuert wird, und
- 2. daß eine Übergabe der Verbindung (V1) auf den jeweils anderen Frequenzkanal erfolgt, ohne daß eine zweite Basisstation (BS) ausgewählt wird.
19. Funk-Kommunikationssystem nach Anspruch 18, bei dem
der Basisstationscontroller (BSC) zur Vermittlung von Daten
mit unterschiedlicher Datenrate entsprechend der zwei
unterschiedlichen Übertragungsverfahren ausgestaltet ist.
20. Funk-Kommunikationssystem nach Anspruch 18,
mit zumindest einer Transcodiereinheit (TRAU) die zur Kodie
rung und Dekodierung von Daten mit unterschiedlicher Daten
rate entsprechend der zwei unterschiedlichen Übertraguns
verfahren ausgestaltet ist.
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