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BEREICH DER
TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kommunikationssysteme mit Mehrfachzugriff.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Funkkommunikationssysteme
mit Mehrfachzugriff, welche Rahmen-Zeitfenster zur Aufwärts- und
Abwärts-Kommunikation
dynamisch zur Verfügung
stellen, und die Verminderung der Zwischenkanal-Interferenz (CCI) in solchen Systemen.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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1 zeigt
die Komponenten eines zellularen Kommunikationssystems mit Mehrfachzugriff. Eine
Zelle 102 verkörpert
einen Bereich eines geografischen Gebietes, das vom System versorgt
wird. In jeder Zelle befindet sich eine Basisstation 105,
die mit dem drahtgebundenen öffentlichen
Telefonnetz verbunden ist. Die Basisstation 105 stellt
eine Funkverbindung mit den mobilen Nutzern 110-i, i =
1, ... N her, die über
das öffentliche
Telefonnetz analoge oder digitale Informationen, die zum Beispiel
Text, Sprache, Video, Telefax, elektronische Bilder, Modemsignale,
Internetnachrichten und dergleichen darstellen, zu übermitteln
oder zu empfangen wünschen.
Die Funkverbindung zwischen einem gegebenen Nutzer 110-i und
der Basisstation 105 setzt sich zusammen aus einer Aufwärts-Verbindung
Ui zum Übermitteln
von Informationen vom Nutzer 110-i zur Basisstation 105 und
dann zum Telefonnetz sowie aus einer Abwärts-Verbindung Di zum Übermitteln von
Informationen, die von der Basisstation 105 aus dem Telefonnetz
erhalten wurden, an den Nutzer 110-i.
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Die
Nachrichtenübermittlungen
für die
verschiedenen Nutzer in einer Zelle werden bei einer gegebenen begrenzten
verfügbaren
Bandbreite durch Mehrfachzugriffsverfahren gelenkt. Beispielhafte Mehrfachzugriffsverfahren
enthalten das TDMA (zeitmultiplexe Zugriffsmethode) mit dem FDD
(Frequenzteilungs-Duplex), wie z. B. im gesamteuropäischen GSM-System
(jetzt auch unter Global System for Mobile Communication bekannt)
sowie im nordamerikanischen IS-54-System, oder eine Variante, das TDMA/TDD
(Zeitteilungs-Duplex), wie im Digital European Cordless Telecommunications
(DECT) System.
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In
diesen und anderen TDMA-Systemen bilden Zeitrahmen im Allgemeinen
die grundlegende Übertragungseinheit.
Jeder Rahmen wird in eine Anzahl von Zeitfenstern unterteilt. Wie
unten beschrieben wird, werden einige Zeitfenster für Steuerungszwecke
und einige zur Informationsübermittlung
verwendet. Die Informationen werden im Verlauf von Zeitfenstern
im Rahmen übermittelt,
wobei die Zeitfenster einem bestimmten Nutzer zugeordnet sind. In dieser
Offenlegung bezieht sich der Begriff „Informationen" durchgängig auf
Daten, die Sprache, Text, Video oder dergleichen in analoger oder
digitaler Form darstellen.
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In
einem TDMA/TDD-System wird ein gegebener Rahmen mit 2N Informations-Zeitfenstern
in eine Aufwärts-Sektion
(Mobilgerät
zur Basis) und eine Abwärts-Sektion
(Basis zum Mobilgerät)
unterteilt, die beide N Zeitfenster aufweisen. Damit ist ein gegebenes
Zeitfenster entweder der Aufwärts-
oder der Abwärts-Kommunikation
zugeordnet. Obwohl diese Fensterzuordnung jedem Nutzer mit einem
gesicherten Übertragungsfenster
für die
Aufwärts- und Abwärts-Verbindung
versorgt, ist das sich ergebende Leistungsvermögen des Systems vergleichsweise gering,
weil jedem Nutzer ein Zeitfenster zugeordnet ist und keine Umverteilung
von Zeitfenstern vorgenommen wird, wenn ein Nutzer sich entscheidet,
ein zugewiesenes Zeitfenster einen festgelegten Zeitraum über nicht
zu benutzen.
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In
der US-Patentschrift Nr. 5,420,851 wird ein beispielhaftes Mehrfachzugriffsverfahren
offenbart, das als TDMA/STDD (Zeitteilungs-Duplex mit Mehrfachzugriff)
bezeichnet wird, das beträchtliche Verbesserungen
gegenüber
dem oben beschriebenen TDMR/TDD-Verfahren erbringt. 2 zeigt
einen beispielhaften TDMA/STDD-Rahmen 201,
in dem die Zeitfenster Rahmen für
Rahmen dynamisch zwischen aufwärts
und abwärts
aufgeteilt werden. Der Rahmen 201 wird in vier Sektionen
unterteilt. Die Ruflenkungsfunktionen werden durch getrennte Aufwärts- und
Abwärts-Zeitfenster
in der Aufwärts-Steuerungssektion 205 bzw.
der Abwärts-Steuerungssektion 207 ausgeführt. Der
Rest des Rahmens 201 wird in S Zeitfenster unterteilt,
S = Us + Ds + A, wobei Us Zeitfenster der Aufwärts-Informationsübertragung und
Ds Zeitfenster der Abwärts-Informationsübertragung
zugewiesen werden, und A die Anzahl der Zeitfenster darstellt, die
nicht zugeordnet sind, wenn es solche gibt. Im Rahmen 201 von 2 ist
A = 0.
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Die
Anzahl der zwischen der Aufwärts-Sektion 210 und
der Abwärts-Sektion 215 aufgeteilten Zeitfenster
kann bei jedem Rahmen unterschiedlich sein, wie es durch die Abtrennung 212 angezeigt
ist. Jedoch bleibt die Gesamtzahl von Gesprächs-Zeitfenstern S für jeden
Rahmen fest. Gibt es verhältnismäßig wenige
Nutzer im System und ist die Gesamtzahl der Zeitfenster in einer
beliebigen Richtung kleiner als S/2, dann entspricht die Zuordnung
der Informations-Zeitfenster dem TDD-Standard mit S gleichmäßig auf
Aufwärts-
und Abwärts-Zugriff
aufgeteilten Zeitfenstern. Nimmt die Zahl der Nutzer zu und überschreitet
die Zahl der angeforderten Gesprächs-Zeitfenster in einer
der beiden Richtungen den Wert S/2, dann verändert sich die Lage der Abtrennung 212 zwischen
den Aufwärts-
und dem Abwärts-Zeitfenstern
je nach Bedarf. Werden in beiden Richtungen mehr als S/2 Zeitfenster
benötigt,
dann werden in jeder Richtung S/2 Nutzer bedient, und der Rest wird verworfen.
Zusätzliche
Einzelheiten bezüglich
des STDD können
in der oben zitierten US-Patentschrift Nr. 5,420,851 gefunden werden.
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Das
STDD kann zwar beträchtliche
Verbesserungen in Funkkommunikationssystemen erbringen, die Leistungsfähigkeit
kann jedoch in bestimmten Ausführungsformen
durch Faktoren, wie z. B. die Zwischenkanal-Interferenz (CCI), eingeschränkt werden.
In der US-Patentschrift Nr. 5,594,720 mit dem Titel „Multiple
Access Cellular Communication with Dynamic Slot Allocation and Reduced
Co-channel Interference" wird
eine Reihe von Verfahren zum Herabsetzen der „Misch"-CCI offengelegt. Die Misch-CCI umfasst zum Beispiel
die Störung
eines Abwärts-Signals von einer
Basisstation in einer gegebenen Zelle durch den Empfang eines Aufwärts-Signals
von einem Mobiltelefonnutzer in einer benachbarten Frequenzwiederverwendungs-(FR)-Zelle,
wobei eine FR-Zelle als eine Zelle definiert ist, die mit der gegebenen
Zelle mindestens eine Kanalträgerfrequenz
gemeinsam hat. Ein beispielhaftes, in der US-Patentschrift Nr. 5,594,720
offenbartes Herabsetzungsverfahren minimiert die Misch-CCI unter Verwendung
von Richtstrahlantennen in Verbindung mit einem Rahmenaufbau, der
den einzelnen Richtstrahlantennen Rahmenzeitfenster zuweist.
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Ein
weiteres Mehrfachzugriffsverfahren, das in der Patentanmeldung Aktenzeichen
08/364,579 beschrieben ist, wird als TDMA/PSTDD (Zeitteilungs-Duplex
mit teilweisem Mehrfachzugriff) bezeichnet. 3 zeigt
einen beispielhaften PSTDD-Rahmen 301 mit Aufwärts- und
Abwärts-Steuersektionen 305, 307,
Aufwärts-
und Abwärts-Informationssektionen 310, 315 sowie
einer Gruppe gemeinsam genutzter Zeitfenster 320. Die gemeinsam
genutzten Zeitfenster 320 stellen eine Untermenge der insgesamt
verfügbaren
Zeitfenster zur Informationsübermittlung
im Rahmen 301 dar. Die Aufwärts- und Abwärts-Sektionen 310, 315 enthalten
Zeitfenster, die dauerhaft der Aufwärts- bzw. der Abwärts-Informationsübermittlung
zugeordnet sind. Die gemeinsam genutzten Zeitfenster 320 werden ähnlich wie
bei der Zuordnung der Zeitfenster in den Sektionen 210 und 215 von 2 bedarfsabhängig dynamisch
zwischen Aufwärts-
und Abwärts-Übertragung
aufgeteilt. In dem beispielhaften Rahmen 301 wird deshalb
nur eine Untermenge der insgesamt verfügbaren Informations-Zeitfenster
dynamisch zugeordnet, während
die verbleibenden Informations-Zeitfenster
entweder der Aufwärts-
oder der Abwärts-Übertragung zugeordnet werden.
Dadurch dass nur eine Untermenge der verfügbaren Zeitfenster zugeordnet
wird, verringert das PSTDD die Möglichkeiten
einer Misch-CCI.
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Obwohl
mit der oben beschriebenen Richtstrahlantenne und den PSTDD-Verfahren
eine beträchtliche
Verminderung der CCI erreicht wird, gibt es einen Bedarf an alternativen
Verfahren, mit denen eine verringerte CCI zum Beispiel in Systemen
erreicht wird, die Rundstrahlantennen oder das elementare TDMA/STDD
verwenden.
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P.
A. Ranta u. a. stellen in 'TDMA
Cellular Network Application of an Interference Cancellation Technique', Proceedings of
the Vehicular Technology Conference, USA, New York, IEEE, Konferenz-Bd. 45,
25. Juli 1995, S. 296–300,
ISBN: 0-7803-2743-8 ein Interferenz-Unterdrückungsverfahren für ein CDMA-Zellennetz
vor. Das Verfahren ist in der Form eines Signalbearbeitungsalgorithmus
in den Empfängern
ausgeführt
und basiert auf der Theorie, dass die Zwischenkanal-Interferenz
naturgemäß deterministisch
ist. Insbesondere konzentriert sich das Verfahren nur auf das Unterdrücken der
stärksten
Zwischenkanal-Störungen
am Empfänger.
Dazu umfasst der Algorithmus einen Einsatz eines Viterbi-Algorithmus,
um unter Verwendung der Maximum-Likelihood-Kriterien aus allen möglichen
Folgen die Symbolfolge herauszufinden, die mit der höchsten Wahrscheinlichkeit übermittelt
wurde. Der interferenzunterdrückende
Empfänger
empfängt
die stärkste
Störung
zusammen mit dem gewünschten
Signal und bildet die Summe aus dem Rest der Zwischenkanalstörungen als
zusätzliches
weißes
Gaußsches
Rauschen nach.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Vorrichtung und ein Verfahren gemäß der Erfindung werden in den
unabhängigen
Ansprüchen
dargelegt. Bevorzugte Ausgestaltungen werden in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Vermindern der Zwischenkanal-Interferenz (CCI) in einem TDMA-System
bereit, indem eine vollständige
oder teilweise Unterdrückung
eines Misch-CCI-Störsignals
in einer Systembasisstation gewährleistet
wird.
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In
einer Hinsicht ist die Erfindung auf ein Mehrfachzugriff-Kommunikationssystem
ausgerichtet, in welchem die Misch-CCI durch getrennte Übermittlung
eines Unterdrückungssignals,
das dem Störsignal
entspricht oder es auf andere Art abbildet, von einer störenden Basisstation
an eine gestörte
Basisstation vermindert wird. In der gestörten Basisstation wird das
Unterdrückungssignal
verwendet, die Misch-CCI-Interferenz, die in einem empfangenen Verbundsignal
erzeugt wird, welches sowohl das erwünschte Aufwärts-Signal vom Mobilgerät zur Basis als
auch das Störsignal
enthält,
zu unterdrücken
oder auf andere Weise aufzuheben.
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Ein
beispielhaftes Kommunikationssystem gemäß der Erfindung enthält erste
und zweite Basisstationen, die mit Nutzern in ersten bzw. zweiten
Zellen in Verbindung stehen. Die erste Basisstation erzeugt ein
Störsignal,
welches als Misch-CCI in der zweiten Basisstation empfangen wird.
Das Störsignal wird
in der zweiten Basisstation als eine Komponente eines einlaufenden
Verbundsignals empfangen, das auch eine Aufwärts-Informationssignalkomponente enthält. Eine
Signalübertragungsstrecke
zwischen der ersten und der zweiten Basisstation liefert ein Unterdrückungssignal,
das ein Abbild des Störsignals zur
zweiten Basisstation ist.
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Die
zweite Basisstation verwendet dann das Unterdrückungssignal, um den Einfluss
des Störsignals
auf das empfangene Verbundsignal zu vermindern. Das kann erreicht
werden, indem das Unterdrückungssignal
an Veränderungen,
die im empfangenen Störsignal
vorhanden sind, angepasst und dann das resultierende bearbeitete
Unterdrückungssignal mit
dem empfangenen Verbundsignal kombiniert wird. Die Unterdrückungs-
und Verbundsignale können
bei HF-, ZF- oder Basisbandfrequenzen liegen.
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Die Übertragungsstrecke
des Unterdrückungssignals
kann zum Beispiel eine Festverbindung, wie z. B. ein Koaxial- oder ein Glasfaserkabel, eine
Punkt-zu-Punkt-Funkverbindung oder eine ISDN-Wählverbindung sein. Das Unterdrückungssignal
kann ein Doppel des Störsignals
oder ein digitales Informationssignal sein, das Merkmale des Störsignals
darstellt, oder es kann ein beliebiges anderes Signal sein, das
zum Aufheben der Einflüsse
des Störsignals
auf das empfangene Verbundsignal geeignet ist.
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Entsprechend
einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Signalstrecke des Unterdrückungssignals
ein Mehrwegfilter enthalten, so dass die Mehrwegeinflüsse auf
das Störsignal
im Unterdrückungssignal
weitgehend reproduziert werden. Die Unterdrückungssignalstrecke kann auch
Verstärkungs-
und Zeitanpassungselemente enthalten, um zu gewährleisten, dass die Unterdrückungs-
und Verbundsignale in Amplitude und Phase weitgehend aneinander
angepasst sind, bevor das Unterdrückungsverfahren ausgeführt wird.
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Entsprechend
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Informationsübermittlung
in Zeitfenstern eines Rahmens bereitgestellt. Das Verfahren umfasst
das Bereitstellen von ersten und zweiten Basisstationen, die mit
Nutzern in ersten bzw. zweiten Zellen kommunizieren. Das Verfahren bestimmt,
ob ein Abwärts-Signal
von der ersten Basisstation in der Lage sein kann, den Empfang eines Aufwärts-Signals
in der zweiten Basisstation zu stören. Ist eine Interferenz möglich, dann
steuert das Verfahren die Signalübermittlung
in mindestens der ersten oder der zweiten Basisstation, um die Wahrscheinlichkeit
herabzusetzen, dass das Abwärts-Signal
mit dem Aufwärts-Signal
interferieren kann.
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Der
Schritt zum Steuern der Signalübermittlung
kann das Einrichten einer ungleichförmigen Dienstleistungsqualität umfassen,
bei der den Nutzern, die eine höhere
Nutzungsgebühr
entrichten, Zeitfenster in einem STDD- oder PSTDD-Rahmen mit einer günstigeren
Lage zugewiesen bekommen. Eine weitere Alternative umfasst eine
Anweisung an die erste, störende
Basisstation, ein Abwärts-Signalpaket
zu verwerfen, wenn ein Nutzer eines Mobiltelefons, der ein Aufwärts-Paket
an die zweite Basisstation übermittelt,
eine höhere
Nutzungsgebühr
entrichtet. Außerdem
könnte
durch die Systemsteuerung eine vollständige oder teilweise zirkulare
Verschränkung
von Rahmenzeitfenstern eingeführt
werden, um die Lauflänge
von Paketen, die eine Misch-CCI erleiden, zu verringern, ähnlich wie
es in der US-Patentschrift Nr. 5,602,836 beschrieben ist.
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Die
Signalunterdrückungsverfahren
gemäß vorliegender
Erfindung können
die Auswirkung der CCI vermindern, die zum Beispiel von gemeinsam genutzten
Aufwärts-
und Abwärts-Zeitfenstern
in benachbarten Frequenzwiederverwendungs-(FR)-Zellen eines zellularen
STDD- oder PSTDD-Kommunikationssystems herrühren. In anderen Ausführungsformen
können
in den Systembasisstationen Richtstrahl-anstelle von Rundstrahlantennen
verwendet werden.
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Mit
Richtstrahlantennen kann der vollständige STDD-Rahmen durch verschiedene Nutzer in
jeder Richtung genutzt werden, wodurch das Leistungsvermögen des Systems
im Vergleich mit dem Rundstrahlfall erhöht wird.
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Die
oben diskutierten Merkmale wie auch weitere Merkmale und Vorzüge der vorliegenden
Erfindung werden durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche
Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen
ersichtlich
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
die Komponenten eines zellularen Kommunikationssystems.
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2 ist
eine grafische Darstellung eines Rahmenformats eines Mehrfachzugriff-Zeitteilungs-Duplex
(STDD).
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3 ist
eine grafische Darstellung eines Rahmenformats eines Zeitteilungs-Duplex
mit teilweisem Mehrfachzugriff (PSTDD).
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4 veranschaulicht
eine „Misch"-Zwischenkanal-Interferenz (CCI)
in einem beispielhaften STDD-Kommunikationssystem.
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5 ist
eine grafische Darstellung von benachbarten FR-Zellen in einem beispielhaften
zellularen Kommunikationssystem.
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6 ist
ein Blockdiagramm eines beispielhaften Kommunikationssystems mit
einer CCI-Signalunterdrückung
gemäß vorliegender
Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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4 veranschaulicht
eine beispielhafte Form der CCI, die in einem zellularen TDMA/STDD-Kommunikationssystem
auftreten kann.
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Eine
erste Zelle 400 umfasst eine Basisstation 401 zum Übermitteln
von Abwärts-Informationen an
einen und zum Empfang von Aufwärts-Informationen
von einem Mobiltelefonnutzer 402. Die Zelle 400 arbeitet
bei einer Kanalträgerfrequenz
F1. Der Nutzer 402 kann der Basisstation 401 ein
Aufwärts-Paket
in einem Rahmen 404 bei der Trägerfrequenz F1 übermitteln.
Der Rahmen 404 enthält
einen oder mehrere Aufwärts-Zeitfenster,
wie z. B. das Zeitfenster 406, die dem Nutzer 402 entsprechend
einem STDD-Verfahren dynamisch zugewiesen werden, wie es in der oben
angeführten
US-Patentschrift Nr. 5,420,851 dargestellt ist.
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Eine
zweite Zeile 410 umfasst eine Basisstation 411 zum
Kommunizieren mit Nutzern in der Zelle 410. Die Zelle 410 arbeitet
auch bei einer Kanalträgerfrequenz
F1, und die Zellen 400 und 410 werden deshalb
hier als benachbarte Frequenzwiederverwendungs-(FR)-Zellen bezeichnet.
Ein Mobiltelefonnutzer 412 in der Zelle 410 kann
ein Abwärts-Paket von
der Basisstation 411 in einem Rahmen 414 empfangen.
Das Abwärts-Paket
wird in einem oder mehreren Zeitfenstern des Rahmens 414,
wie z. B. im Zeitfenster 416, übertragen, die entsprechend
einem STDD- oder PSTDD-Verfahren dem Nutzer 412 dynamisch
zugewiesen werden. Beide Mobiltelefonnutzer 402, 412 sowie
die Basisstationen 401, 411 sind in diesem Beispiel
mit Rundstrahlantennen ausgestattet. Anders als bei einem TDD-Verfahren,
in dem der Aufwärts-
und Abwärts-Übertragung
feste Zeitfenster zugewiesen werden, lassen sich in einem STDD-
oder PSTDD-Verfahren entsprechend dem Bedarf die Zeitfenster dynamisch
entweder der Aufwärts-
oder der Abwärts-Übertragung
zuordnen.
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4 zeigt,
dass der Nutzer 402 deshalb der Basisstation 401 im
Aufwärts-Zeitfenster 406 in
demselben Zeitabschnitt Informationen übermitteln kann, in der die
Basisstation 411 in der benachbarten FR-Zelle 410 im
Abwärts-Zeitfenster 416 an
den Nutzer 412 sendet. Da die von einer Basisstation gesendeten
Signale meist einen bedeutend höheren
Leistungspegel haben als die von einem Mobiltelefonnutzer übermittelten
Signale, kann das im Zeitfenster 416 übermittelte Abwärts-Signal
mit dem im Zeitfenster 406 übermittelten Aufwärts-Signal interferieren. Die
Interferenz zwischen den Rahmenzeitfenstern 416 und 406 wird
in 4 durch die gestrichelte Linie 420 gekennzeichnet.
Das Störsignal
wird durch die gestrichelte Linie 430 gekennzeichnet. Da
diese Form der CCI ein Abwärts-Signal 430 hoher
Leistung von einer Basisstation umfasst, welches den Empfang eines
Aufwärts-Signals
mit einer niedrigen Leistung von einem Mobiltelefonnutzer stört, wird
sie hier als „Misch"-CCI bezeichnet.
In bestimmten Fällen kann
diese Form der Interferenz an der Basisstation 401 ein
Empfangssignal-Stör-Verhältnis (S/I)
erzeugen, das einen Ausfall des Pakets im Aufwärts-Zeitfenster 406 zur
Folge hat. Eine Misch-CCI in einem STDD- oder PSTDD-System kann
somit die Paket-Ausfallrate beträchtlich
erhöhen
und dadurch die Leistungsfähigkeit
des Systems herabsetzen. Es sollte angemerkt werden, dass eine Misch-CCI
auch ein Aufwärts-Signal
von einem Mobiltelefonnutzer umfassen kann, welches für einen
anderen Nutzer den Empfang eines von einer Basisstation in demselben
Zeitfenster übermittelten
Abwärts-Signals
stört. Die
letztere Form der Misch-CCI ist gewöhnlich deswegen kein ernsthaftes
Problem, weil die Sendeleistung der Basisstation meist weit höher ist
als die des störenden
Mobiltelefonnutzers.
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In
richtig synchronisierten TDMA/TDD- und TDMA/TDD/SAD-Systemen tritt die
Misch-CCI im Allgemeinen nicht auf. Diese Systeme können jedoch eine „reguläre" CCI aufweisen, die
zum Beispiel aus einer Interferenz zwischen zwei ungleichen Abwärts-Signalen
oder zwischen zwei ungleichen Aufwärts-Signalen in benachbarten
FR-Zellen hervorgeht. Die reguläre
CCI tritt bei den meisten zellularen Systemen auf, die zur Erhöhung der
Leistungsfähigkeit
des Systems eine Frequenz-Wieder verwendung nutzen. In der Regel
wird der Abstand zwischen benachbarten FR-Zellen so gewählt, dass
diese reguläre
CCI bei oder unter einem zulässigen
Pegel liegt, da die Empfangsleistung an der Basisstation direkt mit
dem Abstand zum Sender verknüpft
ist. Kann die Misch-CCI gesteuert oder ausgelöscht werden, dann wäre die verbleibende
reguläre
CCI in einem STDD-System im Allgemeinen nicht größer als in herkömmlichen
TDMA/TDD- und TDMA/TDD/SAD-Systemen.
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5 zeigt
ein beispielhaftes zellulares Kommunikationssystem 500,
in dem die oben beschriebene Misch-CCI auftreten kann. Der vom System 500 versorgte
geographische Bereich wird in Zellen unterteilt, die in einem hexagonalen
Muster angeordnet sind, das auf Zellgruppen basiert, in denen sechs
Zellen eine Zentralzelle umgeben. Für die Übersichtlichkeit der Darstellung
wird nur ein Teil der Zellen im System 500 gezeigt. Eine
Anzahl von FR-Zellen 510-i wird mit einem durchgezogenen
Umfang dargestellt. Jede der FR-Zellen 510-i greift auf mindestens
eine gemeinschaftliche Kanalträgerfrequenz
zu. Die Zellen 510-i stellen somit eine Untermenge aus
der Gesamtzahl von Zellen im System 500 dar. Angrenzend
an jede der FR-Zellen 510-i sind andere Zellen angeordnet,
die andere Kanalträgerfrequenzen
verwenden und von denen einige mit einem gestrichelten Umfang dargestellt
sind. Jede Zelle enthält
eine Basisstation 514, die über eine Rundstrahlantenne
oder eine geeignete Gruppe von Richtstrahlantennen mit Nutzern in
dieser Zelle kommuniziert. Zusätzliche
Einzelheiten bezüglich
des Einsatzes von Richtstrahlantennen in Kombination mit einem geeigneten
Rahmenaufbau zur Verminderung der Misch-CCI können in der oben zitierten US-Patentanmeldung
Aktenzeichen 08/364,579 gefunden werden. Mobiltelefonnutzer in dem
geographischen Bereich, der vom System 500 bedient wird, können über die
Basisstationen 514 miteinander und mit einem öffentlichen
Telefonnetz kommunizieren. Das im System 500 gezeigte spezielle
Zellenmuster dient nur zur Veranschaulichung, und die vorliegende Erfindung
kann in Systemen mit einem beliebigen aus einer Anzahl anderer Zellenmuster
verwendet werden.
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Die
FR-Zellen 510-1 bis 510-6, welche eine gegebene
Zelle 510-0 umschließen,
sind deren benachbarte FR-Zellen,
die hier auch als „erstrangige" potenzielle Störer der
gegebenen Zelle 510-0 bezeichnet werden. Es gibt insgesamt
sechs erstrangige potenzielle Störer
für jede
FR-Zelle 510-i in dem beispielhaften siebenzelligen hexagonalen
FR-Muster von 5. Die Abwärts-Signale von den benachbarten FR-Zellen
einer gegebenen FR-Zelle können in
der zuvor beschriebenen Weise in der gegebenen Zelle eine Misch-CCI
erzeugen. Das siebenzellige hexagonale Muster setzt sich gewöhnlich so
fort, dass eine äußere Zelle 510-i in
einer siebenzelligen Gruppe auch eine Zentralzelle in einer anderen
siebenzelligen Gruppe des Systems ist. Hier ist der Begriff „benachbarte
FR-Zelle" so zu
verstehen, dass eine beliebige Zelle eingeschlossen ist, die eine
CCI in einer gegebenen Zelle erzeugen kann und die somit nicht nur
auf die erstrangigen Störer
beschränkt ist,
sondern auch Zellen umfasst, die von der gegebenen Zelle weiter
weg liegen. Natürlich
nimmt die Stärke
des Misch-CCI-Störsignals
als eine Funktion des Abstandes der Störzelle von der gegebenen Zelle
ab, so dass die erstrangigen Störer
im Allgemeinen die bedeutendste Interferenz in der gegebenen Zelle erzeugen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Anzahl von Verfahren bereit, die
zur Verminderung einer Misch-CCI in einem STDD-System verwendet
werden können,
indem gesondert ein bekanntes Störsignal
oder eine geeignete analoge oder digitale Abbildung von diesem einer
speziellen gestörten
Basisstation bzw. Basisstationen übermittelt wird und das getrennt übermittelte
Signal dann verwendet wird, die Interferenz in dem an der Basisstation
tatsächlich empfangenen
Signal aus zulöschen
oder zu vermindern. Die Interferenzverminderungsverfahren werden
hier zwar in Verbindung mit einer beispielhaften Form des STDD beschrieben,
für Fachleute
ist es jedoch offensichtlich, dass die Verfahren allgemeiner in beliebigen
Kommunikationssystemen mit Mehrfachzugriff anwendbar sind, in denen
Aufwärts- und Abwärts-Zeitfenster
dynamisch zugewiesen werden.
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6 ist
ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht. Ein zellulares Kommunikationssystem 600 enthält eine
erste Basisstation 601 und eine zweite Basisstation 602.
Es wird hier angenommen, dass die Basisstationen 601 und 602 Basisstationen
benachbarter FR-Zellen sind, die für die oben im Zusammenhang
mit 4 und 5 beschriebene Misch-CCI anfällig sind.
Eine Systemsteuerung 610 leitet den Betrieb der Basisstationen 601 und 602 in
einer bekannten Weise. Die Steuerung 610 vergibt die Aufwärts- und
Abwärts-Rahmenzeitfenster
in den Basisstationen und koordiniert ansonsten die Kommunikation
zwischen den Basisstationen und den Mobiltelefonnutzern.
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Bei
der Basisstation 600 ist gezeigt, dass sie einem Nutzer
ein Signal S1 über
eine Abwärts-Verbindung
in einer zugehörigen
Zelle übermittelt.
Die Abwärts-Verbindung
enthält
einen Modulator 620, der ein kodiertes Basisbandsignal
auf eine geeignete Trägerfrequenz
moduliert, um das Abwärts-Signal
S1 bereitzustellen. Das kodierte Basisbandsignal kann Sprache, Text,
Video oder andere Informationen umfassen, die an der Basisstation
von einem öffentlichen
Telefonnetz empfangen und anschließend in einem Sprachkodierer
sowie einem Kanalkodierer in einer vom Stand der Technik her wohlbekannten
Weise bearbeitet werden. Das Abwärts-Signal
S1 wird einer Rundstrahlantenne 624 zugeführt und
dadurch einem Mobiltelefonnutzer übermittelt. Die Systemsteuerung 610 lenkt
die Kodierungs-, Modulierungs- und Übertragungsabläufe der
Basis stationen 601 so, dass die Abwärts-Informationen einem gegebenen Nutzer
durch die Antenne 624 in dem passenden Rahmenzeitfenster übermittelt
werden.
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Das
von der Antenne 624 übermittelte
Abwärts-Signal
S1 stellt entsprechend dem oben beschriebenen Auftreten einer Misch-CCI
in der Basisstation 602 ein Störsignal dar. Die Basisstation 601 übermittelt
deshalb der zweiten Basisstation 602 über eine Übertragungsstrecke 630 gesondert
ein Unterdrückungssignal.
In dieser Ausführungsform entspricht
das Unterdrückungssignal
dem Abwärts-Störsignal
S1. Die Übertragungsstrecke 630 kann
eine Festverbindung, wie z. B. ein Koaxial- oder ein Glasfaserkabel,
eine Punkt-zu-Punkt-Funkverbindung bei einer geeigneten Frequenz
oder eine ISDN-Wählverbindung
sein. Es sollte angemerkt werden, dass die Übertragungsstrecke 630 alternativ irgendeine
Verbindung sein kann, die ein Unterdrückungssignal übermittelt,
das zum Einsatz in einem Interferenzverminderungsverfahren an der
zweiten Basisstation geeignet ist.
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Das
Unterdrückungssignal
S1 wird in der Basisstation 602 empfangen und in einem
Demodulator 640 demoduliert. Obwohl in dieser Ausführungsform das
Unterdrückungssignal äquivalent
zum übermittelten
Abwärts-Signal
S1 ist, können
in anderen Ausführungsformen
alternative Unterdrückungssignale verwendet
werden. Zum Beispiel kann das Unterdrückungssignal das kodierte oder
unkodierte Basisbandsignal sein, das dem tatsächlich übermittelten Signal S1 entspricht,
oder es kann ein digitales Datensignal sein, das verschiedene Parameter
des Signals S1 so kennzeichnet, dass sich in der Basisstation 602 ein
geeignetes Abbild des Störsignals
erzeugen lässt.
Der Interferenz-Unterdrücker
der vorliegenden Erfindung könnte
somit zum Beispiel sowohl an einen Zwischenfrequenz-(ZF)-Betrieb
als auch an einen Basisband-Betrieb angepasst werden. In diesen
beiden beispielhaften Fällen
kann das über
die Strecke 630 übermittelte
Unterdrückungssignal
und das empfangene Verbundsignal in der empfangenden Basisstation 602 in
demselben Frequenzband verarbeitet werden.
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Die
Basisstation 602 empfängt über eine Rundstrahlantenne 650 ein
Verbundsignal S2, das als eine Komponente eine Aufwärts-Nachricht
von einem Mobiltelefonnutzer enthält. Das Signal S2 enthält auch
eine Misch-CCI-Komponente, die dem Signal S1 entspricht, das von
der Antenne 624 in der Basisstation 601 übermittelt
wird. Das Verbundsignal S2 wird einem Demodulator 652 zugeführt, der
das kodierte Basisbandsignal wieder herstellt.
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Die
Ausgabedaten des Demodulators 640 werden einem Zeitanpassungsglied 660 zugeführt, welches
in dieser Ausführungsform
so konfiguriert ist, dass es einen festen Zeitverzögerungsausgleich zwischen
dem über
die Strecke 630 empfangenen demodulierten Unterdrückungssignal
S1 und der demodulierten S1-Komponente des Verbundsignals S2 gewährleistet.
Ein beliebiges aus einer Anzahl von geeigneten Verzögerungsgliedern
könnte
zur Erzeugung der geeigneten Zeitanpassung verwendet werden. Das
Glied 660 kann zum Beispiel schaltbare Verzögerungsleitungen
oder andere bekannte Arten von variablen Verzögerungs-Bauelementen enthalten.
Es könnten
auch Synchronisationsverfahren verwendet werden. Das demodulierte
Unterdrückungssignal
wird dann im Bauelement 662 in der Amplitude angepasst,
im Mehrwegfilter 664 gefiltert und einem Signalunterdrücker 670 zugeführt. Es
sollte angemerkt werden, dass alternative Ausführungsformen der Signalbearbeitungsbauelemente
in der Basisstation 602 eine innere Rückkopplung verwenden können. Zum
Beispiel kann eine Messung der Störsignalstrecke von der Basisstation 601 zur
Basisstation 602 erfolgen, wenn die Mobiltelefonnutzer
nicht senden, was dann genutzt werden kann, um die Parameter des
Zeitanpassungsgliedes 660, des Amplitudenanpassungsgliedes 662 sowie
des Mehrwegfilters 664 einzustellen.
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Der
Unterdrücker 670 empfängt aus
dem Demodulator 652 auch das demodulierte Verbundsignal S2.
In die Verbundsignalstrecke kann ein zweites Zeitanpassungsglied 668 eingesetzt
werden, um den Zeitausgleich zwischen dem Verbund- und dem Unterdrückungssignal
zu erleichtern. Das zweite Zeitanpassungsglied 668 kann
in Verbindung mit dem Glied 660 verwendet werden, oder
es kann die hauptsächliche
Zeitanpassung in einem System ohne ein Zeitanpassungsglied 660 der
Unterdrückungssignalstrecke übernehmen.
Der Unterdrücker 670 kombiniert das
Verbund- und das Unterdrückungssignal
so, dass die Misch-CCI-Komponente
im empfangenen S2-Signal unterdrückt,
beträchtlich
vermindert oder auf andere Weise ganz oder teilweise aufgehoben wird.
Das Ausgangssignal S3 aus dem Unterdrücker 670 entspricht
somit dem gewünschten
Aufwärts-Signal
vom Mobilgerät
zur Basisstation mit einer geringen oder ohne eine Misch-CCI. Der
Unterdrücker 670 kann
ein Differentialverstärker
oder ein anderer geeigneter Signalsubtrahierschaltkreis sein. Andere
alternative Signalunterdrücker
enthalten analoge oder digitale Signalkombinationsschaltkreise oder
Geräte, die
bei HF-, ZF- oder Basisbandfrequenzen arbeiten.
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Das
Mehrwegfilter 664 ist eingerichtet, das demodulierte Unterdrückungssignal
so zu verändern, dass
es stärker
der demodulierten Misch-CCI-Komponente des Verbundsignals S2 ähnelt. Die Misch-CCI-Komponente
weist im Allgemeinen Signalveränderungen
auf, die aus einem Mehrwegempfang dieser Komponente an der Basisstation 602 hervorgehen.
Das Mehrwegfilter 664 erzeugt die entsprechenden Signalveränderungen
in dem demodulierten Unterdrückungssignal
und erhöht
dadurch die Wirksamkeit des Signalunterdrückungsverfahrens im Unterdrücker 670.
Da sich die Basisstationen im Allgemeinen an einem festen Ort befinden,
könnten
die Mehrwegsignaleffekte der Störsignalstrecke
zwischen einem jeden Paar von Basisstationen im Voraus gemessen und
genutzt werden, die geeigneten Parameter für das Filter 664 in
einer bekannten Weise zu bestimmen. Ein beispielhaftes Mehrwegfilter, das
zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist eine
lineare, mit Abgriffen versehene Verzögerungsleitung. Zusätzliche
Einzelheiten über
lineare Mehrwegfilter können
zum Beispiel in „Mobile
Radio Communication",
R. Steele (Hrsg.), Pentech Press, 1992, gefunden werden. Obwohl
sie in 6 in der gestörten
Basisstation 602 dargestellt sind, könnten in anderen Ausführungsformen
das Filter 664 und andere Signalbearbeitungsbauelemente
in der Unterdrückungssignalstrecke
in der störenden Basisstation 601 angeordnet
werden.
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Obwohl
in der obigen Beschreibung angenommen wird, dass die Abwärts-Antenne 624 und
die Aufwärts-Antenne 650 Rundstrahlantennen
sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die
Ausführungsform
von 6 könnte
zum Beispiel Richtstrahlantennen und eine geeignete Einteilung der
Rahmenzeitfenster verwenden, um die Anzahl der potenziellen Störer zu verringern.
Beispielhafte Anordnungen von Richtstrahlantennen umfassen vier
90-Grad-Antennen, drei 120-Grad-Antennen und dergleichen. Diese
und andere Anordnungen von Richtstrahlantennen und deren zugehörige Einteilungen
der Rahmenzeitfenster werden ausführlicher in der oben angeführten US-Patentschrift
Nr. 5,594,720 beschrieben. Die Ausführungsform von 6 könnte auch
eine herkömmliche
Anordnung von Richtstrahlantennen verwenden, in der die Zeitrahmen
zwischen den verschiedenen Antennensektoren nicht koordiniert sind.
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Wie
oben erwähnt
wurde, können
alternative Ausführungsformen
der Erfindung eine Wiederherstellung des Störsignals an der zweiten Basisstation 602 verwenden.
In einer solchen Ausführungsform enthält das übermittelte
Unterdrückungssignal
zum Beispiel Zeit- und Signalinformationen, die in digitaler oder
analoger Form von der ersten Basisstation 601 über die Übertragungs strecke 630 der
zweiten Basisstation 602 übermittelt werden. In der zweiten
Basisstation wird das Störsignal
oder ein geeignetes Abbild von ihm rekonstruiert oder auf andere
Weise wieder hergestellt, wobei die übermittelten Informationen verwendet
werden. Die Unterdrückung
wird dann in der zuvor beschriebenen Weise ausgeführt. Es
sollte angemerkt werden, dass in einer solchen Ausführungsform
die Unterdrückungssignal-Übertragungsstrecke 630 ein
Abbild des Störsignals übermittelt, das
zur Verwendung in einem Unterdrückungsverfahren
geeignet ist. Dieses Abbild kann die Form verschiedener Daten zur
Signalidentifizierung mit oder ohne Zeitsteuerungsinformationen
annehmen.
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Die
Unterdrückungssignal-Übertragungsstrecke 630 kann
Teil einer existierenden drahtgebundenen oder nicht drahtgebundenen
Verbindung von Basis zu Basis sein. Zum Beispiel enthalten viele mikrozellulare
Systeme drahtgebundene Verbindungen zwischen den Basisstationen,
um die Systemsteuerung zu erleichtern. Diese existierenden Verbindungen
könnten
verwendet werden, um ein Unterdrückungssignal
zu übertragen.
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In
vielen gängigen
Ausführungen
des Systems kann es wünschenswert
sein, den Einsatz der oben beschriebenen Signalunterdrückung auf
bestimmte Störer
zu beschränken.
Zum Beispiel könnte in
einem siebenzelligen hexagonalen Muster, wie es in 5 dargestellt
ist, die Unterdrückung
nur für
die Störer
gewährleistet
werden, von denen bekannt ist, dass sie den größten Interferenzbeitrag liefern.
Diese Untermenge kann sowohl erstrangige Störer als auch Störer einer
anderen Rangordnung umfassen. Die Basisstationen, die zur Signalunterdrückung in
der Lage sind, müssen
somit von Fall zu Fall entsprechend den Entwurfskennwerten und den
Leistungsvorgaben des Systems festgelegt werden.
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Der
hier verwendete Begriff „Unterdrückungssignal" soll ein beliebiges
Signal umfassen, das entlang einer Übertragungsstrecke 630 von
der ersten Basisstation der zweiten Basisstation zugeführt und
in der zweiten Basisstation verwendet wird, um die Einflüsse der
Interferenz auf ein empfangenes Signal zu vermindern. Es sollte
angemerkt werden, dass das Unterdrückungssignal selbst unmittelbar
in den Signalunterdrücker 670 eingegeben
werden kann, oder dass das Unterdrückungssignal, wie in 6 dargestellt
ist, in Bauelementen, wie dem Demodulator 640, der Zeitanpassung 660,
der Amplitudenanpassung 662 und dem Mehrwegfilter 664,
bearbeitet werden und die resultierende bearbeitete Version des
Unterdrückungssignals
dem Unterdrücker 670 zugeführt werden
kann. Außerdem
sollte für die
Ausführungsformen,
in denen ein Mehrwegfilter 664 oder andere Bauelemente
zur Bearbeitung des Unterdrückungssignals
in der ersten Basisstation 601 angeordnet sind, statt sie
in wie in 6 in der zweiten Basisstation 602 anzuordnen,
verständlich sein,
dass das entstehende Signal, das über die Strecke 630 übermittelt
wird, hier noch als ein Unterdrückungssignal
bezeichnet wird. Das Unterdrückungssignal
gemäß vorliegender
Erfindung ist somit ein beliebiges Signal, das über die Strecke 630 übermittelt und
in der zweiten Basisstation in einem Interferenzverminderungsverfahren
genutzt wird. Wie oben erwähnt
wurde, gibt es zahlreiche Wege, auf denen das Unterdrückungssignal
bearbeitet werden kann, um die gewünschte Verminderung der Interferenz
zu erreichen.
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Wie
oben erwähnt
wurde, übernimmt
die Systemsteuerung 610 die Zuweisung der Zeitfenster, und
sie kann deshalb bestimmen, wann eine Misch-CCI an einer jeweiligen
Basisstation auftreten wird. Die Systemsteuerung 610 kann
deshalb bestimmen, wann und wohin das oben beschriebene Unterdrückungssignal
zu senden ist. Die Systemsteuerung kann auch andere Leistungsmerkmale aufweisen,
die auf eine Verminderung oder Begrenzung der Einflüsse einer
Misch-CCI gerichtet sind. Zum Beispiel könnte die Systemsteuerung eine
ungleichförmige
Dienstleistungsqualität
einführen,
bei der den Nutzern, die eine höhere
Nutzungsgebühr entrichten,
Zeitfenster in einem PSTDD-Rahmen mit einer günstigeren Lage zugewiesen werden.
Als ein weiteres Merkmal könnte
das System angewiesen werden, ein stärkeres Abwärts-Signalpaket von der Basisstation 601 zu
verwerfen, wenn zum Beispiel ein Nutzer eines Mobiltelefons, der
ein Aufwärts-Paket
an die Basisstation 602 übermittelt, eine höhere Nutzungsgebühr entrichtet.
Außerdem
könnte
durch die Systemsteuerung eine vollständige oder teilweise zirkulare
Verschränkung
von Zeitfenstern eingeführt werden,
um die Lauflänge
von Paketen, die eine Misch-CCI erleiden, zu verringern, ähnlich wie
es in der US-Patentschrift Nr. 5,594,720 mit dem Titel „Time-Division Multiple
Access Cellular Communication With Circular Interleaving and Reduced
Dropped-Packet Runlengths" beschrieben
ist.
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Die
Systemsteuerung 610 kann einen geeignet programmierten
Digitalrechner oder Mikroprozessor einen anwenderspezifischen integrierten
Schaltkreis oder irgendeine Kombination aus Software, Hardware und
Firmware enthalten, welche die gewünschten Steuerfunktionen bereitstellen
können. Zusätzliche
Einzelheiten zur Übertragung,
Modulation, Kodierung und zu Steuerungsinformationen, die für eine Verwendung
in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, können zum Beispiel in „Shared
Time Division Duplexing: An Approach to Low Delay, High Quality
Wireless Digital Speech Communications" von W. C. Wong, C. E. W. Sundberg und
N. Seshadri, IEEE Trans. Veh. Tech., November 1994, gefunden werden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Anzahl von Verfahren zur Verminderung
einer Misch-CCI in einem System mit Mehrfachzugriff bereit. Alternative Ausführungsformen
enthalten Frequenzteilungs-Multiplex-(FDM)-Systeme, in denen ein Fenster, das einem
Nutzer zugeordnet ist, eine aus einer Anzahl von verfügbaren Trägerfrequenzen
verkörpert.
Ein Beispiel ist ein Frequenzteilungs-Duplex mit Mehrfachzugriff
(SFDD). In solchen FDM-Ausführungsformen können ähnliche
Anordnungen zur Signalunterdrückung
verwendet werden, und der Zeitrahmen kann als ein Frequenzrahmen
aufgefasst werden. Somit ist hier vorgesehen, dass ein Rahmenfenster
zum Beispiel sowohl Zeit- als auch Frequenzfenster enthält. Die
obigen Erkenntnisse können
deshalb durch Fachleute leicht übertragen
werden, um eine geeignete Signalunterdrückung so bereitzustellen, dass eine
Misch-CCI in einem FDM-System beträchtlich verringert wird.
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Wie
oben erwähnt
wurde, kann die vorliegende Erfindung in Systemen mit einer Vielfalt
unterschiedlicher Zellenmuster verwendet werden. Zusätzliche
Einzelheiten zur Frequenzwiederverwendung und zu Zellenmustern können zum
Beispiel in „The
Cellular Concept" von
V. H. MacDonald, Bell System Technical Journal, Bd. 58, Nr. 1, S.
15–41, Januar
1979 und in „Mobile
Radio Communications" von
R. Steele (Hrsg.), Pentech Press, 1992, gefunden werden.
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Obwohl
die obige Beschreibung die Nützlichkeit
der vorliegenden Erfindung mit Hinblick auf ein zelluläres Netz
veranschaulicht, das ein STDD-Mehrfachzugriffsverfahren einbezieht,
sollte zu verstehen sein, dass die Vorrichtung und die Verfahren
gemäß vorliegender
Erfindung allgemein für
den Einsatz mit einem beliebigen Funkkommunikationssystem geeignet
sind, in dem eine Misch- oder eine reguläre Zwischenkanalinterferenz
auftritt. In den dargestellten Anordnungen können viele Variationen ausgeführt werden,
einschließlich
der des Zellenmusters und der Art der Frequenzwiederverwendung,
der Anzahl und des Typs der Antennen, der Art des verwendeten Unterdrückungssignals
sowie der Verfahrensweise, mit der die Interferenzverminderung unter
Verwendung des Unterdrückungssignals
ausgeführt wird.