DE69731186T2

DE69731186T2 - Verfahren und gerät zur integration eines drahtlosen kommunikationssystems in ein kabelfernsehsystem

Info

Publication number: DE69731186T2
Application number: DE69731186T
Authority: DE
Inventors: F. Richard DEAN; A. Lindsay WEAVER; E. Charles WHEATLEY
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2017-02-07
Also published as: NO316968B1; KR100437312B1; WO1997029608A1; JP2000504898A; NZ331304A; EP0879541A1; US5867763A; AU2117497A; CN1215536A; IL125694A; NO983644D0; BR9707407A; ES2234000T3; KR19990082401A; CA2245690C; NO983644L; RU2187905C2; UA37290C2; IL125694A0; HK1017214A1

Description

Hintergrund der Erfindung
I. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Kommunikationssysteme, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorsehen eines Kommunikationsabdeckbereichs über ein Kommunikationssystem hinweg.
II. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
In einem CDMA-Mobiltelefon (CDMA – code division multiple access), einer drahtlosen Teilnehmeranschlussleitung (local loop) oder einem personenbezogenen Kommunikationssystem wird ein gemeinsames Frequenzband zur Kommunikation mit allen Basisstationen in einem System verwendet. Das gemeinsame Frequenzband ermöglicht eine simultane Kommunikation zwischen einer entfernten Einheit und mehr als einer Basisstation. Signale, die das gemeinsame Frequenzband in Besitz nehmen, werden an der Empfangsstation durch die Eigenschaften der Spreiz-Spektrum-(Spread-Spectrum)-CDMA-Wellenform auf Grundlage der Verwendung eines schnellen Pseudo-Rausch(PN – pseudonoise)-Codes diskriminiert. Der schnelle PN-Code wird verwendet, um Signale, die sowohl von den Basisstationen als auch den entfernten Einheiten übertragen werden, zu modulieren. Sendestationen, die andere PN-Codes oder PN-Codes verwenden, die in der Zeit versetzt sind, erzeugen Signale, die getrennt voneinander an der Empfangsstation empfangen werden können. Die schnelle PN-Modulation ermöglicht auch, dass die Empfangsstation mehrere Instanzen eines gemeinsamen Signals von einer einzelnen Sendestation empfangen kann, wenn sich das Signal über mehrere unterschiedliche Übertragungswege aufgrund der Mehrwegcharakteristiken des Funkkanals oder vorsätzlich eingeführter Diversität (diversity) bewegt.
Die Mehrwegcharakteristiken des Funkkanals erzeugen Mehrwegsignale, die sich über mehrere unterschiedliche Übertragungswege zwischen der Sende station und der Empfangsstation bewegen. Eine Charakteristik eines Mehrwegkanals ist die Zeitspreizung, die in ein Signal eingeführt wird, das über den Kanal übertragen wird. Wenn zum Beispiel ein idealer Impuls bzw. Puls über einen Mehrwegkanal übertragen wird, erscheint das empfangene Signal als ein Strom von Impulsen. Eine weitere Charakteristik eines Mehrwegkanals ist, dass jeder Weg durch den Kanal einen unterschiedlichen Dämpfungsfaktor (attenuation factor) verursachen kann. Wenn zum Beispiel ein idealer Impuls über einen Mehrwegkanal übertragen wird, hat jeder Impuls des empfangenen Stroms von Impulsen im Allgemeinen eine andere Signalstärke als die anderen empfangenen Impulse. Eine weitere Charakteristik eines Mehrwegkanals ist, dass jeder Weg durch den Kanal eine andere Phase des Signals verursachen kann. Wenn zum Beispiel ein idealer Impuls über einen Mehrwegkanal übertragen wird, hat jeder Impuls des empfangenen Stroms von Impulsen im Allgemeinen eine andere Phase als die anderen empfangenen Impulse.
In dem Funkkanal wird der Mehrweg erzeugt durch Reflexion des Signals von Hindernissen in der Umgebung, wie Gebäuden, Bäumen, Autos und Menschen. Im Allgemeinen ist der Funkkanal ein Zeit-variierender Mehrwegkanal aufgrund der relativen Bewegung der Strukturen, die den Mehrweg erzeugen. Wenn zum Beispiel ein idealer Impuls über den Zeit-variierenden Mehrwegkanal übertragen wird, würde sich der empfangene Strom von Impulsen in Zeitpunkt, Dämpfung und Phase als eine Funktion der Zeit ändern, in der der ideale Impuls übertragen wird.
Die Mehrweg-Charakteristiken eines Kanals können einen Signalschwund (Fading) verursachen. Schwund ist das Ergebnis der Schwund-Charakteristiken des Mehrwegkanals. Ein Schwund tritt auf, wenn sich Mehrwegvektoren destruktiv addieren und ein empfangenes Signal liefern, das kleiner ist als jeder einzelne Vektor. Wenn zum Beispiel eine Sinuswelle über einen Mehrwegkanal mit zwei Wegen übertragen wird, bei dem der erste Weg einen Dämpfungsfaktor von X dB (Dezibel), eine Zeitverzögerung von δ mit einer Phasenänderung von Θ Bogenmaß und der zweite Weg einen Dämpfungsfaktor von X dB, eine Zeitverzögerung von δ mit einer Phasenänderung von Θ + π Bogenmaß aufweist, würde an dem Ausgang des Kanals kein Signal empfangen.
In Schmalband-Modulationssystemen, wie die von herkömmlichen Funktelefonsystemen verwendete analoge FM-Modulation, führt die Existenz von Mehrweg in dem Funkkanal zu ernsthaftern Mehrweg-Schwund. Bei einem Breitband-CDMA, wie oben erwähnt, können jedoch die unterschiedlichen Wege an der Empfangsstation in dem Demodulationsprozess diskriminiert werden. Die Diskriminierung von Mehrwegsignalen reduziert nicht nur beträchtlich das Ausmaß eines Mehrweg-Schwunds, sondern stellt einen Vorteil für das CDMA-System dar.
In einem beispielhaften CDMA-System überträgt jede Basisstation ein Pilotsignal mit einem gemeinsamen PN-Spreiz-Code, das in der Code-Phase von dem Pilotsignal anderer Basisstationen versetzt ist. Während des Betriebs des Systems ist die entfernte Einheit mit einer Liste von Versetzungen (offsets) für Code-Phasen versehen, die den benachbarten Basisstationen entsprechen, welche die Basisstation umgeben, durch die eine Kommunikation hergestellt wird. Die entfernte Einheit ist ausgestattet mit einem Suchelement, wodurch die entfernte Einheit die Signalstärke des Pilotsignals von einer Gruppe von Basisstationen, einschließlich der benachbarten Basisstationen, verfolgen kann.
Ein Verfahren und ein System zum Vorsehen einer Kommunikation mit einer entfernen Einheit durch mehr als eine Basisstation während des Hand-Over-Vorgangs sind offenbart in dem U.S. Patent Nr. 5,267,261 mit dem Titel „Mobile Assisted Soft Handoff in a CDMA Cellular Telephone System", veröffentlicht 30. Nov. 1993, das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurde. Unter Verwendung dieses Systems wird eine Kommunikation zwischen der entfernten Einheit und dem Endbenutzer durch das eventuelle Hand-Over von einer ursprünglichen Basisstation an eine nachfolgende Basisstation nicht unterbrochen. Dieser Typ des Hand-Overs kann als ein „wei cher (soft)" Hand-Over betrachtet werden, da eine Kommunikation mit der nachfolgenden Basisstation hergestellt wird, bevor eine Kommunikation mit der ursprünglichen Basisstation beendet wird. Wenn sich die entfernte Einheit in Kommunikation mit zwei Basisstationen befindet, kombiniert die entfernte Einheit die von jeder Basisstation empfangenen Signale auf die gleiche Weise, wie Mehrwegsignale von einer gemeinsamen Basisstation kombiniert werden.
In einem typischen Makro-Funkzellensystem kann eine System-Steuereinrichtung eingesetzt werden, um ein einzelnes Signal für den anderen Endbenutzer aus den von jeder Basisstation empfangenen Signalen zu erzeugen. Innerhalb jeder Basisstation können von einer gemeinsamen entfernten Einheit empfangene Signale kombiniert werden, bevor sie decodiert werden, und somit kann ein Vorteil aus den mehreren empfangenen Signalen gezogen werden. Das decodierte Ergebnis aus jeder Basisstation wird an die System-Steuereinrichtung geliefert. Sobald ein Signal decodiert ist, kann es nicht mit anderen Signalen „kombiniert" werden. Somit muss die System-Steuereinrichtung zwischen der Vielzahl decodierter Signale wählen, die von jeder Basisstation erzeugt wurden, mit der durch eine einzelne entfernte Einheit eine Kommunikation hergestellt wurde. Das vorteilhafteste decodierte Signal wird aus den Basisstationen ausgewählt und die anderen Signale werden einfach verworfen.
Ein von der entfernten Einheit unterstütztes weiches bzw. soft Hand-Over arbeitet auf Grundlage der Stärke des Pilotsignals von mehreren Sätzen von Basisstationen, wie von der entfernten Einheit gemessen. Der „Aktive Satz" ist der Satz von Basisstationen, durch die eine aktive Kommunikation hergestellt wird. Der „Benachbarte Satz" ist ein Satz von Basisstationen, die eine aktive Basisstation umgeben, mit Basisstationen, die mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Signalstärke von ausreichendem Pegel haben, um eine Kommunikation herzustellen. Der „Kandidaten-Satz" ist ein Satz von Basisstationen, die eine Stärke des Pilotsignals auf einem ausreichenden Signalpegel haben, um eine Kommunikation herzustellen.
Wenn Kommunikation anfänglich hergestellt wird, kommuniziert eine entfernte Einheit über eine erste Basisstation und der Aktive Satz enthält nur die erste Basisstation. Die entfernte Einheit überwacht die Stärke des Pilotsignals der Basisstationen des Aktiven Satzes, des Kandidaten-Satzes und des Benachbarten Satzes. Wenn ein Pilotsignal einer Basisstation in dem Benachbarten Satz einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wird die Basisstation in der entfernten Einheit zu dem Kandidaten-Satz hinzugefügt und aus dem Benachbarten Satz entfernt. Die entfernte Einheit kommuniziert eine Meldung an die erste Basisstation, in der sie die neue Basisstation identifiziert. Eine Steuervorrichtung eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikationssystems entscheidet, ob eine Kommunikation zwischen der neuen Basisstation und der entfernten Einheit hergestellt werden soll. Entscheidet die Steuervorrichtung eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikationssystems, dies zu tun, sendet die Steuervorrichtung eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikationssystems eine Meldung an die neue Basisstation mit identifizierender Information über die entfernte Einheit und einem Befehl, mit dieser eine Kommunikation herzustellen. Auch an die entfernte Einheit wird über die erste Basisstation eine Meldung übertragen. Diese Meldung identifiziert einen neuen Aktiven Satz, der die erste und die neuen Basisstationen enthält. Die entfernte Einheit sucht das von der neuen Basisstation gesendete Informationssignal und mit der neuen Basisstation wird eine Kommunikation hergestellt, ohne dass die Kommunikation über die erste Basisstation beendet wird. Dieser Vorgang kann mit zusätzlichen Basisstationen fortgesetzt werden.
Wenn die entfernte Einheit über mehrere Basisstationen kommuniziert, überwacht sie weiterhin die Signalstärke der Basisstationen des Aktiven Satzes, des Kandidaten-Satzes und des Benachbarten Satzes. Sollte die Signalstärke, die zu einer Basisstation des Aktiven Satzes gehört, für eine vorgegebene Zeitdauer unter eine vorgegebene Schwelle sinken, erzeugt und sendet die entfernte Einheit eine Meldung, um das Ereignis zu berichten. Die Steuervorrichtung eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikati onssystems empfängt diese Meldung durch zumindest eine der Basisstationen, mit denen die entfernte Einheit in Kommunikation steht. Die Steuervorrichtung eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikationssystems kann entscheiden, die Kommunikation über die Basisstation mit einer schwachen Pilotsignalstärke zu beenden.
Bei der Entscheidung zur Beendigung einer Kommunikation über eine Basisstation erzeugt die Steuervorrichtung eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikationssystems eine Meldung, die einen neuen Aktiven Satz von Basisstationen identifiziert. Der neue Aktive Satz enthält nicht die Basisstation, über die eine Kommunikation beendet werden soll. Die Basisstationen, durch die eine Kommunikation hergestellt wird, senden eine Meldung an die entfernte Einheit. Die Steuervorrichtung eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikationssystems kommuniziert Information auch an die Basisstation, um eine Kommunikation mit der entfernten Einheit zu beenden. Die Kommunikation der entfernten Einheit wird somit nur über Basisstationen geleitet, die in dem neuen Aktiven Satz identifiziert sind.
Da die entfernte Einheit mit dem Endbenutzer über zumindest eine Basisstation zu jeder Zeit während des weichen Hand-Over-Vorgangs kommuniziert, tritt keine Unterbrechung in der Kommunikation zwischen der entfernten Einheit und dem Endbenutzer auf. Ein weicher Hand-Over liefert signifikante Vorteile in seiner innewohnenden „herstellen vor dem unterbrechen"-Kommunikation gegenüber herkömmlichen „unterbrechen vor dem herstellen"-Techniken, die in anderen zellulären Kommunikationssystemen verwendet werden.
In einem zellulären oder personenbezogenen Kommunikationstelefonsystem ist eine Maximierung der Kapazität des Systems hinsichtlich der Anzahl von simultanen Telefonanrufen, die gehandhabt werden können, sehr wichtig. Eine Systemkapazität in einem Spreiz-Spektrum-System kann maximiert werden, wenn die Sendeleistung jeder entfernten Einheit derart gesteuert wird, dass jedes gesendete Signal an dem Empfänger der Basisstation mit demselben Pegel ankommt. In einem tatsächlichen System kann jede entfernte Einheit mit dem minimalen Signalpegel senden, der einen Rauschabstand (signal-to-noise ratio – SNR) erzeugt, der eine akzeptable Datenwiedergewinnung ermöglicht. Wenn ein von einer entfernten Einheit gesendetes Signal an dem Empfänger der Basisstation mit einem Leistungspegel ankommt, der zu niedrig ist, kann die Bit-Fehlerrate zu hoch sein, um aufgrund einer Störung (Interferenz) von den anderen entfernten Einheiten eine Kommunikation mit hoher Qualität zu ermöglichen. Wenn andererseits das von der entfernten Einheit gesendete Signal sich auf einem Leistungspegel befindet, der bei Empfang an der Basisstation zu hoch ist, ist eine Kommunikation mit dieser bestimmten entfernten Einheit akzeptabel, aber dieses Signal mit hoher Leistung wirkt als Störung gegenüber anderen entfernten Einheiten. Diese Störung kann eine Kommunikation mit anderen entfernten Einheiten nachteilig beeinträchtigen.
Um eine Kapazität in einem beispielhaften CDMA-Spreiz-Spektrum-System zu maximieren, wird deswegen die Sendeleistung jeder entfernten Einheit innerhalb des Abdeckungsbereichs einer Basisstation von der Basisstation gesteuert, um dieselbe nominell empfangene Signalleistung an der Basisstation zu erzeugen. In dem idealen Fall ist die gesamte, an der Basisstation empfangene Signalleistung gleich der von jeder entfernten Einheit empfangenen nominellen Leistung multipliziert mit der Anzahl von entfernten Einheiten, die innerhalb des Abdeckungsbereichs der Basisstation senden, plus die Leistung, die an der Basisstation von entfernten Einheiten in dem Abdeckungsbereich benachbarter Basisstationen empfangen wird.
Die Streckendämpfung (path loss) in dem Funkkanal kann durch zwei getrennte Phänomene charakterisiert werden: mittlere Streckendämpfung und Schwund (Fading). Die Vorwärtsverbindung (forward link) von der Basisstation zu der entfernten Einheit arbeitet auf einer anderen Frequenz als die Rückwärtsverbindung (reverse link) von der entfernten Einheit zu der Basisstation. Da sich jedoch die Frequenzen der Vorwärtsverbindung und der Rückwärtsverbindung in dem gleichen allgemeinen Frequenzband befinden, existiert eine signifikante Korrelation zwischen der mittleren Streckendämpfung der beiden Verbindungen. Andererseits ist Schwund ein unabhängiges Phänomen für die Vorwärtsverbindung und die Rückwärtsverbindung und variiert als eine Zeit-Funktion.
In einem beispielhaften CDMA-System schätzt jede entfernte Einheit die Streckendämpfung der Vorwärtsverbindung auf Grundlage der gesamten Leistung an dem Eingang zu der entfernten Einheit. Die Gesamtleistung ist die Summe der Leistung von allen Basisstationen, die auf derselben Frequenzzuteilung arbeiten, wie sie von der entfernten Einheit wahrgenommen wird. Aus der Schätzung der mittleren Streckendämpfung der Vorwärtsverbindung setzt die entfernte Einheit den Sendepegel des Signals der Rückwärtsverbindung fest. Sollte sich der Kanal der Rückwärtsverbindung für eine entfernte Einheit im Vergleich zu dem Kanal der Vorwärtsverbindung für die gleiche entfernte Einheit aufgrund eines unabhängigen Schwundes der beiden Kanäle plötzlich verbessern, würde das an der Basisstation von dieser entfernten Einheit empfangene Signal in der Leistung zunehmen. Diese Leistungszunahme verursacht eine zusätzliche Störung für alle Signale, welche dieselbe Frequenzzuteilung teilen. Somit könnte eine schnelle Reaktion der von der entfernten Einheit gesendeten Leistung auf die plötzliche Verbesserung des Kanals eine Systemleistung verbessern. Deswegen ist es notwendig, dass die Basisstationen kontinuierlich zu dem Mechanismus der Leistungssteuerung der entfernten Einheit beitragen.
Die Sendeleistung der entfernten Einheit kann auch durch eine oder mehrere Basisstation(en) gesteuert werden. Jede Basisstation, mit der die entfernte Einheit kommuniziert, misst die von der entfernten Einheit empfangene Signalstärke. Die gemessene Signalstärke wird mit einem gewünschten Signalstärkepegel für diese bestimmte entfernte Einheit verglichen. Ein Befehl zur Anpassung der Leistung wird von jeder Basisstation erzeugt und auf der Vorwärtsverbindung an die entfernte Einheit gesendet. Als Reaktion auf den Befehl zur Anpassung der Leistung der Basisstation erhöht oder verringert die entfernte Einheit die Sendeleistung um einen vorgegebenen Betrag.
Durch dieses Verfahren wird eine schnelle Reaktion auf eine Veränderung in dem Kanal bewirkt und die durchschnittliche Systemleistung wird verbessert. Es ist zu beachten, dass in einem typischen zellulären System die Basisstationen nicht eng verbunden sind, und dass jede Basisstation in dem System den Leistungspegel nicht kennt, mit dem die anderen Basisstationen das Signal der entfernten Einheit empfangen.
Wenn eine entfernte Einheit mit mehr als einer Basisstation kommuniziert, werden von jeder Basisstation Befehle zur Anpassung der Leistung erzeugt. Die entfernte Einheit reagiert auf diese mehrfachen Befehle zur Anpassung der Leistung von den Basisstationen, um Sendeleistungspegel zu vermeiden, die nachteilig eine Kommunikation mit anderen entfernten Einheiten stören können, aber dennoch ausreichend Leistung bereitstellen, um eine Kommunikation von der entfernten Einheit zu zumindest einer der Basisstationen zu unterstützen. Dieser Mechanismus zur Leistungssteuerung wird erreicht, indem die entfernte Einheit ihren Sendesignalpegel nur erhöht, wenn jede Basisstation, mit der die entfernte Einheit in Kommunikation steht, eine Zunahme des Leistungspegels anfordert. Die entfernte Einheit verringert ihren Sendesignalpegel, wenn eine Basisstation, mit der die entfernte Einheit in Kommunikation steht, eine Verringerung der Leistung anfordert. Ein System zur Leistungssteuerung einer entfernten Einheit und Basisstation wird offenbart in dem U.S. Patent Nr. 5,056,109 mit dem Titel „Method and Apparatus for Controlling Transmission Power in a CDMA Cellular Mobile Telephone System", veröffentlicht 8. Oktober 1991, das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurde.
Eine Basisstation-Diversität bzw. Diversity an der entfernten Einheit ist eine wichtige Überlegung in dem weichen Hand-Over-Vorgang. Das oben beschriebene Verfahren zur Leistungssteuerung funktioniert optimal, wenn die entfernte Einheit mit jeder Basisstation kommuniziert, mit der eine Kommunikation möglich ist. Dadurch vermeidet die entfernte Einheit eine unabsichtliche Störung von Kommunikation über eine Basisstation, die das Signal der entfernten Einheit mit einem übermäßig hohen Pegel empfängt, aber keinen Befehl zur Anpassung der Leistung an die entfernte Einheit kommunizieren kann, da mit ihr keine Kommunikation hergestellt ist.
Ein typisches zelluläres oder persönliches Kommunikationssystem enthält einige Basisstationen mit mehreren Sektoren. Eine Basisstation mit mehreren Sektoren weist mehrere unabhängige Sende- und Empfangs-Antennen auf. Der Vorgang einer simultanen Kommunikation mit zwei Sektoren derselben Basisstation wird als ein „weicherer (softer) Hand-Over" bezeichnet. Der Vorgang eines weichen Hand-Overs und der Vorgang eines weicheren Hand-Overs sind aus der Sicht der entfernten Einheit derselbe. Jedoch ist der Betrieb der Basisstation in einem weicheren Hand-Over verschieden von dem eines weichen Hand-Overs. Wenn eine entfernte Einheit mit zwei Sektoren derselben Basisstation kommuniziert, sind die demodulierten Datensignale beider Sektoren zur Kombination innerhalb der Basisstation verfügbar, bevor die Signale an die Steuervorrichtung eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikationssystems weitergeleitet werden. Da die beiden Sektoren einer gemeinsamen Basisstation Schaltungen und Funktionen der Steuerung teilen, ist eine Vielfalt von Information, die zwischen unabhängigen Basisstationen nicht verfügbar ist, für Sektoren einer gemeinsamen Basisstation einfach verfügbar. Ebenso senden zwei Sektoren einer gemeinsamen Basisstation dieselbe Information zur Leistungssteuerung an eine entfernte Einheit (wie im Folgenden diskutiert wird).
Der Kombinationsvorgang beim weicheren Hand-Over ermöglicht, dass demodulierte Daten von unterschiedlichen Sektoren vor dem Decodieren kombiniert werden und somit einen einzigen „soft decision"-Ausgabewert erzeugen. Der Kombinationsvorgang kann auf Grundlage des relativen Signalpegels jedes Signals durchgeführt werden und liefert somit den zuverlässigsten Kombinationsvorgang.
Wie oben angemerkt, kann die Basisstation mehrere Instanzen desselben Signals der entfernten Einheit empfangen. Jede demodulierte Instanz des ankommenden Signals wird einem Demodulationselement zugewiesen. Die demodulierte Ausgabe des Demodulationselements wird kombiniert. Das kombinierte Signal wird decodiert. Die Demodulationselemente können, statt dass sie einem einzelnen Sektor zugewiesen werden, einem Signal von einem Sektor eines Satzes von Sektoren in der Basisstation zugewiesen werden. Somit kann die Basisstation ihre Ressourcen mit hoher Effizienz nutzen, indem sie Demodulationselemente den stärksten verfügbaren Signalen zuweist.
Durch das Kombinieren von Signalen von Sektoren einer gemeinsamen Basisstation kann eine sektorisierte Basisstation einen einzigen Befehl zur Anpassung der Leistung für die Leistungssteuerung der entfernten Einheit ausgeben. Somit ist der Befehl zur Anpassung der Leistung von jedem Sektor einer gemeinsamen Basisstation derselbe. Diese Einheitlichkeit bei der Steuerung der Leistung ermöglicht einen flexiblen Hand-Over-Ablauf, da eine Sektor-Diversität an der entfernten Einheit für den Vorgang der Leistungssteuerung nicht kritisch ist. Weitere Details des weicheren Hand-Over-Vorgangs sind offenbart in U.S. Patent Nr. 5,625,876 mit dem Titel „ Method and Apparatus for Performing Handoff between Sectors of a Common Base Station", das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurde. Weitere Information über die Vorteile und Anwendung eines weicheren Hand-Overs sind offenbart in U.S. Patent Nr. 5,864,760 mit dem Titel „ Method and Apparatus for Reducing the Average Transmit Power from a Sectorized Base Station" und in U.S. Patent Nr. 6,157,668 mit dem Titel „ Method and Apparatus for Reducing the Average Transmit Power of a Base Station", die dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurden.
Jede Basisstation in dem zellulären System hat einen Vorwärtsverbindungs-Abdeckungsbereich und einen Rückwärtsverbindungs-Abdeckungsbereich. Diese Abdeckungsbereiche definieren die physikalische Grenze, jenseits der sich eine Kommunikation der Basisstation mit einer entfernten Einheit verschlechtert. In anderen Worten, wenn sich eine entfernte Einheit innerhalb des Abdeckungsbereichs der Basisstation befindet, kann die entfernte Einheit mit der Basisstation kommunizieren; wenn sich die entfernte Einheit je doch jenseits des Abdeckungsbereichs befindet, wird die Kommunikation beeinträchtigt. Eine Basisstation kann einen oder mehrere Sektoren haben. Basisstationen mit einem einzigen Sektor haben ungefähr einen kreisförmigen Abdeckungsbereich. Basisstationen mit mehreren Sektoren haben unabhängige Abdeckungsbereiche, die von der Basisstation ausstrahlende Strahlungskeulen (lobes) bilden.
Abdeckungsbereiche einer Basisstation haben zwei Hand-Over-Grenzen. Eine Hand-Over-Grenze ist definiert als der physikalische Ort zwischen zwei Basisstationen, an dem die Performance der Verbindung die gleiche ist, unabhängig davon, ob die entfernte Einheit mit der ersten oder der zweiten Basisstation kommuniziert. Jede Basisstation hat eine Hand-Over-Grenze für die Vorwärtsverbindung und eine Hand-Over-Grenze für die Rückwärtsverbindung. Die Hand-Over-Grenze für die Vorwärtsverbindung ist definiert als der Ort, an dem der Empfänger der entfernten Einheit die gleiche Performance vorsieht, unabhängig davon, von welcher Basisstation er empfängt. Die Hand-Over-Grenze für die Rückwärtsverbindung ist definiert als der Ort der entfernten Einheit, wo zwei Basisstation-Empfänger hinsichtlich dieser entfernten Einheit dieselbe Performance vorsehen würden.
Idealerweise sollten diese Grenzen ausgeglichen sein, d. h. sie sollten den gleichen physikalischen Ort haben. Wenn sie nicht ausgeglichen sind, kann die Kapazität des Systems reduziert sein, da der Vorgang der Leistungssteuerung gestört ist oder sich der Hand-Over-Bereich unmäßig ausdehnt. Es ist zu beachten, dass eine Ausgeglichenheit der Hand-Over-Grenze eine Zeit-Funktion ist, da der Abdeckungsbereich der Rückwärtsverbindung sich verkleinert, wenn die Anzahl der darin vorhandenen entfernten Einheiten zunimmt. Eine Leistung der Rückwärtsverbindung, die mit jeder zusätzlichen entfernten Einheit zunimmt, ist umgekehrt proportional zu dem Abdeckungsbereich der Rückwärtsverbindung. Eine Zunahme in der Empfangsleistung verringert die effektive Größe des Abdeckungsbereichs der Rückwärtsverbindung der Basisstation und verursacht, dass sich die Hand-Over-Grenze der Rückwärtsverbindung zu der Basisstation nach innen hin verschiebt.
Um eine hohe Leistung in einem CDMA-System oder in einem anderen zellulären System zu erzielen, ist es wichtig, den Sendeleistungspegel der Basisstationen und der entfernten Einheiten in dem System sorgfältig und genau zu steuern. Eine Steuerung der Sendeleistung begrenzt das Ausmaß einer von dem System erzeugten Selbst-Störung. Darüber hinaus kann auf der Vorwärtsverbindung ein präziser Pegel von Sendeleistung dazu dienen, die Hand-Over-Grenzen der Vorwärts- und Rückwärtsverbindung einer Basisstation oder eines einzelnen Sektors einer Basisstation mit mehreren Sektoren auszugleichen. Ein derartiger Ausgleich hilft, die Größe der Hand-Over-Bereiche zu reduzieren, die Gesamtkapazität des Systems zu erhöhen und die Leistung entfernter Einheiten in dem Hand-Over-Bereich zu verbessern.
Vor dem Hinzufügen einer neuen Basisstation zu dem existierenden Netzwerk sind die Leistung (d. h. Sendeleistung) der Vorwärtsverbindung und die Signalleistung (d. h. Empfangs-Signalleistung) der Rückwärtsverbindung beide ungefähr gleich Null. Um den Vorgang des Hinzufügens einer neuen Basisstation zu beginnen, wird ein Dämpfungsglied (attenuator) in dem Empfangsweg der neuen Basisstation auf einen hohen Dämpfungsgrad gesetzt, was einen hohen Grad von künstlicher Rauschempfangsleistung erzeugt. Ein Dämpfungsglied in dem Sendeweg wird ebenfalls auf einen hohen Dämpfungsgrad gesetzt, was wiederum einen niedrigen Sendeleistungspegel verursacht. Der hohe Grad von künstlicher Rauschempfangsleistung führt dazu, dass der Abdeckungsbereich der Rückwärtsverbindung der neuen Basisstation sehr klein wird. Ähnlich ist, da der Abdeckungsbereich der Vorwärtsverbindung direkt proportional zu der Sendeleistung ist, der Sendeleistungspegel sehr niedrig und der Abdeckungsbereich der Vorwärtsverbindung sehr klein.
Der Vorgang geht dann weiter durch Anpassen der Dämpfungsglieder in den Empfangs- und Sendewegen unisono. Der Dämpfungsgrad des Dämpfungsglieds in dem Empfangsweg wird verringert, wodurch der Grad von künstlicher Rauschempfangsleistung verringert wird, der natürliche Signalpegel er höht wird und somit die Größe des Abdeckungsbereichs der Rückwärtsverbindung erhöht wird. Der Dämpfungsgrad des Dämpfungsglieds des Sendewegs wird ebenfalls verringert, wodurch der Sendeleistungspegel der neuen Basisstation erhöht wird und der Abdeckungsbereich der Vorwärtsverbindung ausgedehnt wird. Die Rate, mit der die Sendeleistung erhöht wird und die künstliche Rauschempfangsleistung verringert wird, muss ausreichend langsam sein, um ein Hand-Over von Anrufen zwischen der neuen Basisstation und umgebender Basisstationen zu ermöglichen, wenn die neue Basisstation zu dem System hinzugefügt oder aus dem System entfernt wird.
Jede Basisstation in dem System wird anfangs derart kalibriert, dass die Summe des Wegrauschens des unbelasteten Empfängers und die gewünschte Pilotleistung gleich einer Konstante ist. Die Kalibrierungskonstante ist überall in dem System von Basisstationen konsistent. Wenn das System belastet wird (d. h. entfernte Einheiten beginnen mit den Basisstationen zu kommunizieren) erhält ein Kompensationsnetz das konstante Verhältnis zwischen der an der Basisstation empfangenen Leistung der Rückwärtsverbindung und der von der Basisstation gesendeten Pilotleistung. Die Belastung einer Basisstation verschiebt die Hand-Over-Grenze der Rückwärtsverbindung tatsächlich näher hin zu der Basisstation. Um denselben Effekt auf der Vorwärtsverbindung zu imitieren, wird deswegen die Pilotleistung verringert, wenn die Belastung erhöht wird. Der Vorgang des Ausbalancierens der Hand-Over-Grenze der Vorwärtsverbindung mit der Hand-Over-Grenze der Rückwärtsverbindung wird als „Basisstation-Atmen" (base station breathing) bezeichnet und wird detailliert beschrieben in U.S. Patent Nr. 5,548,812 mit dem Titel „Method and Apparatus for Balancing the Forward Link Handoff Boundary to the Reverse Link Handoff Boundary in a Cellular Communication System", veröffentlicht 20. August 1996, das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurde. Der Vorgang des Ausbalancierens der Hand-Over-Grenze der Vorwärtsverbindung mit der Hand-Over-Grenze der Rückwärtsverbindung während des Hinzufügens oder Entfernens einer Basisstation zu oder von einem System wird als ein „Basisstation-Erblühen und -Verwelken" (base station blossoming and wilting) bezeichnet und wird detailliert be schrieben in U.S. Patent Nr. 5,475,870 mit dem Titel „Apparatus and Method for Adding and Removing a Base Station from a Cellular Communication System", veröffentlicht 12. Dezember 1995, das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurde.
Es ist wünschenswert, die relative Leistung zu steuern, die in jedem Vorwärtsverbindungssignal verwendet wird, das von der Basisstation gesendet wird, als Reaktion auf Steuerungsinformation, die von jeder entfernten Einheit gesendet wird. Der primäre Grund zum Vorsehen einer derartigen Steuerung liegt darin, die Tatsache zu berücksichtigen, dass an bestimmten Orten die Vorwärtsverbindung ungewöhnlich benachteiligt ist. Solange nicht die an die benachteiligte entfernte Einheit übertragene Leistung erhöht wird, kann die Signalqualität inakzeptabel werden. Ein Beispiel eines derartigen Ortes ist ein Punkt, an dem die Streckendämpfung (path loss) zu einer oder zwei benachbarten Basisstation(en) fast dieselbe ist wie die Streckendämpfung zu der Basisstation, die mit der entfernten Einheit kommuniziert. An einem derartigen Ort wäre die gesamte Störung drei Mal höher als die Störung, die von einer entfernten Einheit an einem Punkt relativ nah zu ihrer Basisstation erfahren wird. Zusätzlich schwindet die von den benachbarten Basisstationen kommende Störung nicht unisono mit dem Signal von der aktiven Basisstation, wie es der Fall wäre für eine von der aktiven Basisstation kommende Störung. Eine entfernte Einheit in einer derartigen Situation kann 3 bis 4 dB zusätzlicher Signalleistung von der aktiven Basisstation erfordern, um eine adäquate Leistung zu erreichen.
Auch kann sich die entfernte Einheit dort befinden, wo der Rauschabstand (signal-to-interference ratio) ungewöhnlich gut ist. In einem derartigen Fall kann die Basisstation das entsprechende Vorwärtsverbindungssignal unter Verwendung einer niedrigeren als der nominellen Sendeleistung übertragen, wodurch eine Störung der anderen von dem System übertragenen Signale reduziert wird.
Um die obigen Aufgaben zu erfüllen, kann eine Fähigkeit zur Messung des Signal-zu-Rauschabstands in dem Empfänger der entfernten Einheit vorgesehen werden. Eine Messung des Signal-zu-Rauschabstands wird durchgeführt durch Vergleichen der Leistung des gewünschten Signals mit der gesamten Störungs- und Rauschleistung. Wenn der gemessene Abstand geringer als ein vorgegebener Wert ist, sendet die entfernte Einheit eine Anforderung für zusätzliche Leistung auf der Vorwärtsverbindung an die Basisstation. Wenn der Abstand den vorgegebenen Wert übersteigt, sendet die entfernte Einheit eine Anforderung zur Leistungsreduzierung. Ein Verfahren, durch das der Empfänger der entfernten Einheit Signal-zu-Rauschabstände überwachen kann, ist durch Überwachen der Rahmenfehlerrate (FER – frame error rate) des resultierenden Signals.
Die Basisstation empfängt die Anforderungen zur Leistungsanpassung von jeder entfernten Einheit und reagiert, indem sie die dem entsprechenden Vorwärtsverbindungssignal zugeteilte Leistung um einen vorgegebenen Betrag anpasst. Die Anpassung ist normalerweise gering, typischerweise in dem Bereich von 0.5 bis 1.0 dB oder ungefähr 12%. Die Rate der Veränderung der Leistung kann etwas langsamer sein als die für die Rückwärtsverbindung verwendete, vielleicht einmal pro Sekunde. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der dynamische Bereich der Vorwärtsverbindungsanpassung typischerweise begrenzt von 4 dB unter der nominellen bis ungefähr 6 dB über der nominellen Sendeleistung.
CDMA-Basisstationen haben die Fähigkeit, eine genaue Steuerung für ihren Sendeleistungspegel vorzusehen. Um eine genaue Leistungssteuerung zu liefern, ist es notwendig, Variationen in der Verstärkung in den verschiedenen Komponenten, welche die Sendekette der Basisstation aufweist, zu kompensieren. Variationen in der Verstärkung treten typischerweise abhängig von Temperatur und Alterung derart auf, dass ein einfaches Kalibrierungsverfahren beim ersten Einsatz keine präzise Ausgabe-Sendeleistung über der Zeit garantiert. Variationen in der Verstärkung können durch Anpassen der Gesamtverstärkung in der Sendekette kompensiert werden, so dass die tatsächliche Sendeleistung der Basisstation mit einer berechneten erwünschten Sendeleistung übereinstimmt. Jeder Sektor einer Basisstation erzeugt mehrere Signalisierungskanäle, die mit einer Vielzahl von Datenraten und relativen Signalpegeln arbeiten, die in der Kombination ein Roh-Funkfrequenzsendesignal erzeugen. Die Kanalelementmodulatoren, von denen jeder einem Kanal entspricht, berechnen die erwartete Leistung jedes Kanalsignals. Die Basisstation weist auch eine Steuervorrichtung für das Basisstation-Transceiver-System (BTSC – base station transceiver system Controller) auf, die eine erwünschte Ausgabe-Leistung des Sektors durch Summieren der erwarteten Leistungen jedes Kanals erzeugt.
Ein Schlüsselaspekt bei der Implementierung eines drahtlosen Kommunikationssystems ist das Anordnen von Antennen in dem gesamten Abdeckungsbereich derart, dass jeder Ort in dem gesamten Abdeckungsbereich, an dem sich eine entfernte Einheit befinden könnte, mit ausreichenden Signalpegeln unterstützt wird. Um eine verteilte Antenne zu erzeugen, wird die Ausgabe-Leistung der Basisstation einer Reihe von Antennenelementen zugeführt, die jeweils durch eine Verzögerung voneinander getrennt sind. Eine verteilte Antenne nutzt die Fähigkeit von direkter Sequenz-CDMA, um einen Mehrweg durch Erzeugung eines absichtlichen Mehrwegs, der Diskriminierungskriterien erfüllt, zu diskriminieren.
Eine Technik zum Verbessern der Leistung eines verteilten Antennesystems unter Verwendung von parallelen Reihen von diskreten Antennen, wobei jede Antenne in einer gemeinsamen Reihe von ihren Nachbarn durch Verzögerung getrennt ist, wird offenbart in dem U.S. Patent Nr. 5,280,472 mit dem Titel „CDMA Microcellular Telephone System and Distributed Antenna System Therefor", veröffentlicht 18. Januar 1994, das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurde. Eine Weiterentwicklung des Konzeptes der verteilten Antennen, wird offenbart in dem U.S. Patent Nr. 5,513,176 mit dem Titel „Dual Distributed Antenna System", das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurde. Bei der verteilten Antennenanordnung werden für Signale, die von Antennen von verschiedenen Antennenelementen an einem gemeinsamen Knoten gesendet werden, unterschiedliche Verzögerungswege zwischen der Basisstation und der Antenne vorgesehen. Die Antennenelemente können Abwärtswandlungs-Schaltungen aufweisen, wodurch die Kabel-Streckendämpfung zwischen den Antennenelementen und der Basisstation reduziert wird und die Verwendung von einfach verfügbaren SAW-Vorrichtungen als Verzögerungselemente ermöglicht wird.
Ein weiterer Vorteil der verteilten Antennenanordnung liegt darin, dass wenig ortspezifische Konstruktionstechnik zur Installierung erforderlich ist. Normalerweise wird das Aufstellen einer Antenne nur von physikalischen Beschränkungen bestimmt zusammen mit der Anforderung, dass jeder Ort, der einen Dienst wünscht, durch einen Satz von zwei Antennen abgedeckt werden muss. Es ist nicht von Bedeutung, wenn sich Antennenmuster überlappen. Tatsächlich ist eine überlappende Abdeckung wünschenswert, da sie einen Diversitäts-Betrieb für alle Terminals in dem Überlappungsbereich liefert. Eine Überlappung ist jedoch nicht erforderlich.
Ein Ziel eines Netzes für personenbezogene Mobilkommunikation ist es, eine Abdeckung über ein großes geographisches Gebiet bereitzustellen. Eine derartige breite geographische Abdeckung ist unentbehrlich und muss am ersten Tag des Dienstes bereitgestellt werden, um in der heutigen wirtschaftlichen Umgebung Benutzer anzuziehen. Eine der größten Kosten der Bereitstellung einer Abdeckung über ein großes geographisches Gebiet liegt im Erwerb von Immobilien und Landnutzungsrechten und der Installierung von Basisstationen, die jeweils eine Abdeckung für einen Teil des gesamten geographischen Abdeckungsbereichs liefern.
Es ist zu beachten, dass Kabelfernsehnetze (CATV – cable television) eine ausgedehnte Abdeckung über fast alle Vorortgebiete liefern. Wenn somit das CATV-Netz, als Kabelanlage (cable plant) bezeichnet, als die Basis für ein drahtloses Kommunikationsnetz verwendet werden könnte, können die Aufgabe eines Erwerbs von Immobilien und Landnutzungsrechten und die Kosten der Installierung von diskreten Basisstationen vermieden werden. Somit könnte ein zentralisierter Kopfende-Prozessor die erforderlichen Funktionen zur Signalverarbeitung an einem einzigen Ort in dem geographischen Gebiet bereitstellen und die Kabelverteilungsmittel könnten verwendet werden, um das drahtlose Signal zu den Benutzern zu übertragen.
Die Charakteristiken des CDMA-Systems liefern unzählige Vorteile in einem CATV-basierten drahtlosen System. Die Integration des drahtlosen Kommunikationsnetzes in der Kabelanlage kann sorgfältig organisiert werden, um die Flexibilität und Fähigkeit des CDMA-Systems vollständig nutzen zu können. Die vorliegende Erfindung versucht, ein derartiges System zu definieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vorsehen eines Kommunikationsabdeckbereichs über ein Kommunikationssystem hinweg, wie in den Ansprüchen dargestellt wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sehen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Integrieren eines personenbezogenen Kommunikationssystems in einer Kabelfernsehanlage vor. Ein Satz von Funkantennenvorrichtungen (RADs – radio antenna devices) sind mit der Kabelanlage verbunden. Die RADs liefern eine Frequenzwandlung und Leistungssteuerung des von der Kabelanlage empfangenen Signals zur drahtlosen Übertragung an entfernte Einheiten. Die RADs liefern auch eine Leistungssteuerung und eine Frequenzwandlung von drahtlosen Signalen, die von den entfernten Einheiten empfangen werden, zur Übertragung durch die RADs zu der Kabelanlage.
Am Kopfende der Kabelanlage ist eine Basisstation angebracht, um als eine Schnittstelle zwischen den RADs und dem öffentlichen Fernsprechnetz (PSTN – public switched telephone network) zu wirken. Die Basisstation bietet die Funktionen einer standardmäßigen makrozellulären Basisstation, wie eine Frequenz-Abwärtswandlung, Demodulation, Signalkombination und Signaldecodierung sowie Modulation, Leistungssteuerung und Frequenz-Aufwärtswandlung. Die Basisstation kann auch einige der Funktionen durchführen, die normalerweise von einer zentralisierten Systemsteuervorrichtung in einem standardmäßigen makrozellulären System durchgeführt werden, wie Auswahl von Vocoding-Funktionen.
Zusätzlich zu den Funktionen von standardmäßigen Basisstationen und einer zentralisierten Systemsteuervorrichtung muss die CATV-Basisstation Variationen in der Verstärkung in der Kabelanlage kompensieren. Die Stromabwärts-Leistungssteuerung wird durch ein RAD-Referenzsignal reguliert, das für eine maximale Effizienz in dem CDMA-Signal versteckt werden kann. Die Stromaufwärts-Leistungssteuerung wird durch ein Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal reguliert, das von jeder RAD auf der Stromaufwärtsverbindung individuell gesendet wird.
Die Architektur der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung führt zu einer großen Flexibilität. Jede RAD kann entweder als ein Element einer verteilten Antenne oder als ein Sektor einer Basisstation für sich selbst arbeiten. Die Funktion jeder RAD als verteilte Antenne oder als Sektor kann von dem Kopfende-Prozessor aus der Entfernung programmiert werden. Somit kann die Kapazitätsdichte des Systems geographisch verändert werden, um die sich ändernde Verkehrsdichte unterzubringen.
Die Flexibilität ist auch beim ersten Einsatz bzw. Aufstellung des Systems wichtig. Wenn das System gestartet wird, kann das gesamte System nur einen Sektor an der Basisstation benötigen, um das anfangs niedrige Volumen von Benutzern zu versorgen. Wenn die Nutzung des Systems zunimmt, können neue Ressourcen einfach an dem Kopfende hinzugefügt werden, um mehr Kapazität bereitzustellen. Die RADs werden aus der Entfernung von dem Kopfende neu programmiert, um mit den neu hinzugefügten Ressourcen zu arbeiten.
Die nahe Beziehung der Ressourcen der Basisstation ermöglicht dem System, ankommende Signale, die unterschiedlichen Sektoren entsprechen, überall im System nach einer Demodulation und vor einer Decodierung zu kombinieren. Somit kann ein weicherer Hand-Over über die Gesamtheit des Abdeckungsbereichs durchgeführt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale, Aufgaben und Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher aus der unten angeführten detaillierten Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen gesehen wird, in denen gleiche Bezugszeichen überall entsprechendes identifizieren und in denen:
1 ein Diagramm ist, das eine beispielhafte Kabelanlage darstellt;
2 ein Blockdiagramm ist, das eine beispielhafte Kabelanlage darstellt, in die ein personenbezogenes Kommunikationssystem integriert ist;
3 zeigt die Vorwärtsverbindungs-Signalverarbeitungsstruktur einer beispielhaften Funkantennenvorrichtung (RAD – radio antenna device);
4 zeigt die Rückwärtsverbindungs-Signalverarbeitungsstruktur einer beispielhaften RAD;
5 zeigt ein Antennenmuster einer typischen Basisstation mit drei Sektoren;
6 zeigt einen Satz von verteilten Antennen, die einen konzentrierten Abdeckungsbereich abdecken;
7 zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines standardmäßigen zellulären Systems mit drei Basisstationen mit je einem Sektor;
8 zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Basisstation mit drei Sektoren eines standardmäßigen zellulären Systems;
9A ist eine beispielhafte spektrale Verteilung auf der Stromabwärtsverbindung der Kabelanlage;
9B ist eine beispielhafte spektrale Verteilung auf der Stromaufwärtsverbindung der Kabelanlage;
10 zeigt ein beispielhaftes Blockdiagramm einer Basisstation;
11 zeigt ein Szenario, in dem das RAD-Referenzsignal im Zentrum des CDMA-Sektorsignals platziert ist; und
12 ist ein Blockdiagramm, das teilweise die Funktionen der digitalen Baugruppen zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt eine beispielhafte Kabelanlage. Satellitensignalantennen 10 und 12 empfangen Fernseh(TV – televisison)signale typischerweise in dem Ku- oder C-Bandfrequenzbereich am Kopfende 4. Der TV-Empfänger 14 in dem Kopfende 4 wandelt die Signale in die niedrigeren HF-Frequenzen zur Übertragung über die Kabelanlage. Typischerweise werden Stromabwärts-TV-Signale in dem Frequenzbereich von 54 Megahertz (MHz) bis 550 MHz übertragen. Die von dem TV-Empfänger 14 ausgegebenen elektrischen HF-Signale werden an eine Bank von „elektrische-in-optische Signale"-Wandlern 16A–16I geleitet. Jeder der „elektrische-in-optische Signale"-Wandler 16A–16I für wandelt die elektrischen HF-Signale in optische Signale zur Glasfaserübertragung an eine Teilmenge der geographischen Abdeckungsbereiche um, die von einer Vielzahl von Faserknoten 20A–20I versorgt werden. Zum Beispiel überträgt die Faser 2 die optischen Signale von dem „elektrische-in-optische Signale"-Wandler 16A an den Faserknoten 20A. Die Faserknoten 20A–20I sind mit Abstand zueinander über den ganzen geographischen Bereich angeordnet, der von dem Signal von der Faser 2 bedient wird. Jeder der Faserknoten 20A–20I liefert das Signal über ein Kabel für ein elektrisches Signal an eine Vielzahl von Ziele 24A–24I, wie Häuser, Apartmentgebäude und Unternehmen. Entlang der Länge des Kabels für das elektrische Signal ist eine Vielzahl von bidirektionalen Verstärkern 22A–22I ange ordnet. Das Kabel für das elektrische Signal und die Verstärker können auch in einer parallelen und/oder sternförmigen Konfiguration statt in der in 1 gezeigten Konfiguration in Reihe angeordnet sein.
Der Weg des TV-Signals von dem Kopfende 4 zu den Zielen 24A–24I wird als der Stromabwärts-Weg bezeichnet. Typischerweise hat eine Stadt mit einer Einwohnerzahl von ungefähr 1 Million Menschen drei oder vier Kopfenden. Die Faserleitungen, wie Faser 2, verlaufen über weite Entfernungen in Untergrundröhren oder über oberirdische Leitungsmasten. Von jedem Faserknoten 20A–20I laufen die Kabel für das elektrische Signal ungefähr eine Meile oder weniger, abhängig von der Anzahl der Ziele. Bidirektionale Verstärker 22A–22I können alle 1000 Fuß entlang des Kabels für das elektrische Signal eingefügt werden. Typischerweise sind nicht mehr als fünf bidirektionale Verstärker entlang jedem Kabel für das elektrische Signal aufgrund der von jedem Verstärker hinzugefügten Kreuzmodulations-Verzerrung (intermodulation distortion) kaskadiert.
Die Richtlinien der Federal Communications Commission (FCC) erfordern, dass die Kabelanlage eine bidirektionale Kommunikation mit den Zielen bereitstellt. Zusätzlich zu dem Stromabwärts-System, das TV-Signale an das Ziel liefert, liefert ein Stromaufwärts-System einen Signalisierungsweg von den Zielen 24A–24I zurück zu dem Kopfende 4. Der Stromaufwärts-Weg soll ein sehr viel geringeres Volumen von Signalisierungsverkehr übertragen als der Stromabwärts-Weg. Der Stromaufwärts-Weg kann verwendet werden, um zum Beispiel die Auswahl einer Option zum „Bezahlen bei Betrachtung" („pay per view") durch einen Benutzer anzuzeigen.
Die Stromaufwärtsverbindung funktioniert im Wesentlichen wie die Umkehrung der Stromabwärtsverbindung. Typischerweise arbeitet die Stromaufwärtsverbindung auf einem begrenzteren Frequenzbereich, wie von 5–40 MHz. Signale von den Zielen 24A–24I werden über das Kabel für das elektrische Signal und die bidirektionalen Verstärker 22A–22I an den Faserknoten 20A übertragen. An den Faserknoten 20A–20I werden die Signale aus der elektrischen Form in die optische Form zur Übertragung in der Faser 2 umgewandelt. Am Kopfende 4 werden die Stromaufwärts-Signale durch die „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18A–18I in eine elektrische Form umgewandelt. Die Stromaufwärts-Signale werden dann von einem Benutzer-Signalprozessor 6 verarbeitet.
In typischen Konfigurationen gibt es eine Eins-zu-Eins-Abbildung (one-to-one mapping) zwischen „elektrische-in-optische Signale"-Wandlern 16A–16I und Faserknoten 20A–20I. Eine eindeutige Faser in der Faser 2 überträgt jedes Stromabwärts-Signal und Stromaufwärts-Signal getrennt.
2 zeigt eine beispielhafte Architektur, welche die vorliegende Erfindung darstellt, integriert in der beispielhaften Kabelanlage von 1. Das Kopfende 4 wurde von dem Kopfende 40 ersetzt, das die Funktionalität der drahtlosen Kommunikation liefert. In dem Kopfende 40 befindet sich die Basisstation 44, welche die Schnittstelle zwischen dem drahtlosen Kommunikationsnetz und dem öffentlichen Fernsprechnetz (PSTN) 30 bildet. Zusätzlich erzeugt die Basisstation 44 die Vorwärtsverbindungs-CDMA-Anrufsignale (CDMA – code division multiple access) sowie Pilot- und andere Overhead-Signale, die auf der Stromabwärtsverbindung verteilt werden. Die Basisstation 44 sieht auch die Auswahl oder Kombination des Rückwärtsverbindungs-CDMA-Anrufsignals und der Overhead-Signale vor, wenn sie auf der Stromaufwärtsverbindung empfangen werden. Die Basisstation 44 wird im Folgenden detaillierter beschrieben.
Wie oben angemerkt, überträgt die Stromabwärts-CATV-Anlage typischerweise TV-Signale in einem Frequenzbereich von 54 MHz–550 MHz. Jedoch kann die Stromabwärts-CATV-Anlage eine Kommunikation von Signalen bis zu 700 MHz bereitstellen. Einige sehr neue Systeme sind zu einem Betrieb von bis zu 850 MHz fähig. In den älteren Systemen, die nur bis 350 bis 450 MHz arbeiten, müssen mehrere TVs entfernt werden zur Verwendung durch den PCS. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die CDMA-Vorwärtsverbindungs-Signale in dem Frequenzbe reich von 550 MHz–700 MHz übertragen. Jedem Sektor der CDMA-Vorwärtsverbindung wird ein Teil des verfügbaren Frequenzbandes in der CATV-Anlage zugewiesen. Die Vorwärtsverbindungs-Ausgabe von der Basisstation 44 wird mit den TV-Signalen von dem TV-Empfänger 14 durch den Summierer 42 summiert. Die Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signale werden im Wesentlichen auf dieselbe Weise wie die TV-Signale über die Stromabwärts-CATV-Verbindung übertragen. Wie im Folgenden detaillierter erläutert wird, sind das Ziel einiger der Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signale die Funkantennenvorrichtungen (RAD) 50A–50I. Die RADs 50A–50I strahlen das Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signal in den zu dem Faserknoten 20A gehörenden geographischen Versorgungsbereich aus. Die RADs 50A–50I sind entlang der Länge eines zu dem Faserknoten 20A gehörenden elektrischen Kabels mit einem Abstand von 1000–1500 Fuß beabstandet. Die Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signale werden mit den TV-Signalen durch bidirektionale Verstärker 22A–22I geleitet. Die RADs 50A–50I müssen offensichtlich derart platziert werden, dass die Signale, die sie liefern, mit ausreichenden Energiepegeln über den gewünschten Abdeckbereich ausgestrahlt werden können. Somit können, wenn sich das zu dem Faserknoten 20A gehörende elektrische Kabel unter der Erde befindet, die RADs 50A–50I an einem oder mehreren der Ziele 24A–24I installiert werden. Auch wenn sich beispielsweise das elektrische Kabel unter der Erde befindet, kommt das Kabel aus der Erde heraus, um mit der zu jedem Ziel gehörenden physikalischen Struktur verbunden zu werden. Die RADs 50A–50I können auf dem Dach eines Gebäudes installiert werden. Wenn sich das zu dem Faserknoten 20 gehörende elektrische Kabel oberirdisch ist, können die RADs 50A–50I irgendwo entlang des Kabels selbst oder an einem der das elektrische Kabel tragenden Leitungsmasten platziert werden.
Wie oben angemerkt, arbeitet die Stromaufwärtsverbindung über den Frequenzbereich von 5–40 MHz. Das Rückwärtsverbindungs-CDMA-System arbeitet am vorteilhaftesten, wenn es in dem Empfangsweg eine derartige Diversität gibt, dass jede der RADs 50A–50I zwei unterschiedliche Empfangsantennen hat, von denen jede ein getrenntes Signal zurück an die Ba sisstation 44 liefert. Wenn somit die Rückwärtsverbindungs-CDMA-Signale in der CATV-Anlage einem Frequenzmultiplexverfahren unterzogen würden, wäre doppelt soviel Spektrums-Bandbreite auf der Rückwärtsverbindung erforderlich wie die für die Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signale verwendete Bandbreite. Es ist aber nur eine Bandbreite von 35 MHz verfügbar an der Stromaufwärts-CATV-Anlage. Somit entspricht, wie in 2 gezeigt, jeder Faserknoten 20A–20I einem direkten Weg zu einem entsprechenden Wandler der „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18A–18I. Jeder der „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18A–18I ist mit einem Kopfende-Prozessor 40 verbunden. Die Basisstation 44 gibt Signale an das PSTN 30 aus und empfängt Signale von dem PSTN 30.
Wie oben angemerkt, ist ein wichtiger Aspekt eines CDMA-Kommunikationssystems die Leistungssteuerung sowohl der Vorwärtsverbindung als auch der Rückwärtsverbindung. In CDMA-Basisstationen gemäß dem Stand der Technik sind die Mittel zur Signalerzeugung und die Antennen-Mittel gemeinsam angeordnet. Somit können die CDMA-Basisstationen gemäß dem Stand der Technik den Sendeleistungspegel einfach direkt setzen. Ähnlich können die CDMA-Basisstationen gemäß dem Stand der Technik die Signalpegel der Signale, die sie empfangen, direkt messen.
Im Gegensatz dazu können in dem auf einer CATV-Anlage basierten System die Basisstation 44 und die RADs 50A–50I viele Meilen voneinander entfernt angeordnet werden. Ebenso zeigt ein rascher Blick auf 2, dass der Weg zwischen jeder einzelnen RAD 50A–50I zur Basisstation 44 verschieden ist. Zusätzlich zu den festen physikalischen Unterschieden zwischen den Wegen variiert die Verstärkung der CATV-Anlage beträchtlich über die Zeit, wie als Antwort auf den breiten Bereich von Temperaturen, in dem das System arbeiten muss. Die CATV-Anlage wird auch einer Vielfalt von dynamischen eindringenden Signalen (ingress signals) ausgesetzt. Eindringende Signale sind unerwünschte Signale, die in die Kabelanlage eintreten. Eine Vielzahl von eindringenden Signalen wird in einer städtischen Umgebung erzeugt, wie Signale von anderen Kommunikationssystemen (wie lokalen TV- Systemen, kommerziellen Rundfunksystemen, CB-Funk) und von Maschinen, die zufällige sporadische Emissionen erzeugen (wie Emissionen beim Anlassen eines Autos). Die eindringenden Signale sind sehr unberechenbar und variieren sehr über die Zeit.
Berücksichtigt man die Wichtigkeit einer Leistungssteuerung für das CDMA-System und die Komplexität und Variabilität der Amplitudenantwort der Kabelanlage, wird die Leistungssteuerung zu einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die Kompensation der Leistungssteuerung der Vorwärtsverbindung wird durch Verwendung eines RAD-Referenzsignals erreicht, das über die Stromabwärtsverbindung übertragen wird. Die Kompensation der Leistungssteuerung der Rückwärtsverbindung wird durch Verwendung eines Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignals erreicht, das über die Stromaufwärtsverbindung übertragen wird. Die Form und Funktion des RAD-Referenzsignals und des Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignals werden unten genauer erläutert.
Vor der Erläuterung des Mechanismus zur Kompensation der Leistungssteuerung wollen wir die Struktur der RADs selbst untersuchen. Jede RAD sorgt sowohl für eine Vorwärtsverbindungs- als auch eine Rückwärtsverbindungs-Signalverarbeitung. 3 zeigt die Signalverarbeitungsstruktur für eine Vorwärtsverbindung einer beispielhaften RAD, in der das bevorzugte Ausführungsbeispiel verwirklicht wird. In 3 koppelt der Koppler 60 das HF-Signal von dem elektrischen Kabel ab. Der Splitter 62 teilt das ankommende Signal, so dass es von zwei verschiedenen Verarbeitungselementen verwendet werden kann. Der RAD-Referenzsignalprozessor 84 extrahiert des RAD-Referenzsignal aus der Vielzahl von auf dem elektrischen Kabel vorhandenen Signalen. Das RAD-Referenzsignal hat drei Zwecke: als eine Kanal-Verstärkungs-Referenz zu wirken, als eine Referenz für die Frequenz-Synthetisatoren zu wirken und Steuerungsdaten an die RAD zu übertragen. Jede dieser Funktionen wird unten detailliert beschrieben. Der RAD-Referenzsignalprozessor 84 extrahiert das Frequenz-Referenzsignal aus dem RAD-Referenzsignal und liefert es an Phasenregelkreise (PLL – phase lock loops) 64 und 68. Der RAD-Referenzsignalprozessor 84 extrahiert ebenso das Verstärkungs-Referenzsignal, das von dem RAD-Mikroprozessor 88 weiterverarbeitet wird und schließlich an die Verstärkungssteuerung 72 geliefert wird. Der RAD-Referenzsignalprozessor 84 extrahiert weiterhin jegliche Steuerungsdaten und liefert sie an den RAD-Mikroprozessor 88 zur weiteren Analyse. Die Steuerungsdaten können Befehle von dem Kopfende 40 aufweisen, die ausschließlich für diese RAD bestimmt sind. Zum Beispiel können die Steuerungsdaten anzeigen, dass die Frequenz des PLL 68 oder PLL 64 in eine neue Frequenz geändert werden sollte.
Ein Zwischenfrequenz(ZF – intermediate frequency)-Prozessor 70 empfängt auch ein Signal von dem Splitter 62. Der ZF-Prozessor 70 wandelt die Energie des ankommenden Signals derart um, dass das gewünschte Signal um eine vorgegebene ZF-Frequenz zentriert ist. Wie oben erwähnt, werden die Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signale in der Kabelanlage einem Frequenzmultiplexverfahren unterzogen. Die von dem PLL 64 erzeugte Frequenz wird mit dem von dem Splitter 62 ankommenden Signal derart gemischt, dass die gewünschte Wellenform um die vorgegebene ZF-Frequenz zentriert ist. Typischerweise verwendet ein ZF-Prozessor 70 einen Oberflächenwellen(SAW – surface acoustic wave)-Filter oder einen anderen Filter, der zu der Wellenform des Signals passt, das die RAD überträgt, und die anderen von dem Splitter 62 kommenden Signale zurückweist. Wenn die physikalische Entfernung zwischen den RADs nicht ausreichend ist, um eine Verzögerung zur Erzeugung verwendbarer Mehrweg-Verzögerungen zu liefern, kann der ZF-Prozessor 70 auch ein im Feld austauschbares oder programmierbares oder festes Verzögerungselement aufweisen.
Das ZF-Frequenzsignal wird von dem ZF-Prozessor 70 an die Verstärkungssteuerung 72 ausgegeben. Die Verstärkungssteuerung 72 setzt die Sendeausgabeleistung der RAD als Reaktion auf ein Steuersignal von dem RAD-Mikroprozessor 88. Ein Mischer 74 wandelt das von der Verstärkungssteuerung 72 ausgegebene verstärkungsgesteuerte Signal aufwärts in die Sendefrequenz. Ein Leistungsverstärker 76 liefert eine nominell feste Verstärkung und verstärkt das Signal auf eine zum Senden geeignete Leistung. Ein Filter 77 filtert das Signal zum Senden, um jegliche unerwünschten Mischungs-Produkte zu unterdrücken. Ein Koppler 78 koppelt eine kleine Menge der von dieser RAD gesendeten Leistung über eine Antenne 80. Die gekoppelte Leistung von dem Koppler 78 wird von einer Leistungs-Erfassungsvorrichtung 90 gemessen und das Ergebnis wird zurück an den RAD-Mikroprozessor 88 berichtet.
4 zeigt die Rückwärtsverbindungs-Signalverarbeitungsstruktur einer beispielhaften RAD, in der das bevorzugte Ausführungsbeispiel verwirklicht wird. In 4 gehören die Antennen 100 und 126 zu dieser RAD. Eine Verwendung zweier gemeinsam angeordneter Antennen, die mit einer Entfernung zueinander an jeder RAD angeordnet sind, führt eine gewünschte Diversität ein. Durch den Abstand zwischen den Antennen sollten die zwei Antennen den im Wesentlichen gleichen Abdeckbereich haben, während sie einen unabhängigen Schwund liefern. Ein Platzieren von zwei Antennen an einer Basisstation, um eine Diversität zu erzielen, ist eine übliche Praxis in makrozellulären Systemen. In einem makrozellulären System werden zwei Antennen mit relativ großen Abdeckbereichen, im Allgemeinen im Bereich von mehreren Meilen, an einer Basisstation platziert. Typischerweise werden die Antennen ungefähr 5 bis 20 Wellenlängen voneinander entfernt platziert, um eine Weg-Diversität und eine Unabhängigkeit im Schwund zu erzielen. Wie oben angemerkt, wird, um den ganzen Vorteil aus einer Weg-Diversität zu erreichen, jedes unterschiedliche Signal einzeln demoduliert, bevor die entstehenden demodulierten Signale zusammen summiert werden, um ein Gesamtergebnis zu erzeugen. Der Demodulations-Prozess wird in dem Kopfende 40 durchgeführt. Somit werden zwei getrennte Empfangssignale von jeder RAD zurück an das Kopfende 40 transportiert, wobei eines jeweils den Antennen 100 und 126 entspricht, die jeweils als die Alpha- und Beta-Signalwege bezeichnet werden. Die Stromaufwärts-Signalisierung in der Kabelanlage erfordert somit ungefähr die doppelte Bandbreite wie die, welche von der Stromabwärts-Signalisierung erforderlich ist.
Von der Antenne 100 tritt das Alpha-Empfangssignal in ein steuerbares Dämpfungsglied 102 ein und von der Antenne 126 tritt das Beta-Empfangssignal in ein steuerbares Dämpfungsglied 128 ein. Obwohl die Platzierung der steuerbaren Dämpfungsglieder 102 und 128 direkt nach den Antennen 100 und 126 gegen die Intuition erscheint, dienen die steuerbaren Dämpfungsglieder 102 und 128 zwei wichtigen Funktionen. Damit das an dem Kopfende 40 demodulierte Signal richtig kombiniert wird, müssen die relativen Signalpegel jedes zu kombinierenden Signals bekannt sein, so dass das Signal zur Kombination mit den anderen Signalen geeignet gewichtet werden kann. Da nur ein Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal erzeugt wird, um diesen Vorgang von jeder RAD zu erleichtern, wird das Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal verwendet, um den relativen Pegel der beiden, von einer einzelnen RAD empfangenen Signale anzuzeigen. Somit müssen die beiden Wege ausbalanciert sein, das heißt beide liefern dieselbe Empfangsleistung (Rauschfaktor und Verstärkung) an die Signale, die sie empfangen. Die steuerbaren Dämpfungsglieder 102 und 128 können verwendet werden, um die Alpha- und Beta-Wege zu kalibrieren.
Der zweite Zweck der steuerbaren Dämpfungsglieder 102 und 128 besteht darin, „RAD-Atmen und -Erblühen" (RAD breathing and blossoming) zu implementieren. „Atmen" ist ein Vorgang, durch den die Hand-Over-Grenzen der Vorwärts- und Rückwärtsverbindung hinsichtlich benachbarter RADs ausbalanciert werden. „Erblühen" ist der Vorgang, durch den die RADs zum Betrieb hinzugefügt oder aus dem Betrieb entfernt werden. Der RAD-Mikroprozessor 88 steuert die Dämpfung der steuerbaren Dämpfungsglieder 102 und 128, um diese Vorgänge zu bewirken. Sowohl „Atmen" als auch „Erblühen", einschließlich einer Vielfalt von Implementierungsvariationen, werden detailliert in den oben erwähnten U.S. Patent Nr. 5,548,812 und 5,475,870 erläutert.
Als nächstes wird in jedem Weg das Empfangssignal durch Verstärker 104 und 130 mit niedrigem Eigenrauschen (low-noise amplifier) verstärkt. Das verstärkte Signal wird dann durch Mischer 106 und 132 in eine feste ZF-Frequenz umgewandelt. Die feste ZF bleibt auf derselben Frequenz, unge achtet der Frequenz, die von den Antennen 100 und 126 empfangen wird, und der Frequenz, die zur Übertragung des Signals von der RAD an das Kopfende 40 über die Kabelanlage verwendet wird. Die Mischer 106 und 132 werden von dem PLL 118 angetrieben, der eine Frequenz erzeugt, wie sie von dem RAD-Mikroprozessor 88 programmiert wird und unter Bezugnahme auf das RAD-Referenzsignal (Verbindungen werden zur Übersichtlichkeit nicht gezeigt).
Die Ausgabe der Mischer 106 und 132 wird von den jeweiligen Filtern 108 und 134 Bandpaß-gefiltert, um unerwünschte Frequenzen zurückzuweisen. Zeitverzögerungseinheiten 110 und 136 können feste, im Feld austauschbare oder steuerbare Verzögerungseinrichtungen sein. Möglicherweise muss in der Empfangskette eine Verzögerung vorgesehen werden, wenn zum Beispiel die beiden Signalwege von den Antennen 100 und 126 kombiniert werden oder wenn die Signale mit Signalen von anderen RADs in der Kabelanlage kombiniert werden. Für weitere Information siehe oben erwähntes U.S. Patent Nr. 5,280,472 und U.S. Patent Nr. 5,513,176.
Ein Mischer 112 wandelt das Alpha-Signal in die geeignete Frequenz zur Übertragung über die Kabelanlage unter Verwendung eines von dem PLL 120 gelieferten Mischungs-Signals um. Ein Mischer 138 wandelt das Beta-Signal in die geeignete Frequenz zur Übertragung über die Kabelanlage unter Verwendung eines von dem PLL 122 gelieferten Mischungs-Signals um. Die PLLs 120 und 122 werden von dem RAD-Mikroprozessor 88 programmiert und sind auf das RAD-Referenzsignal bezogen (Verbindungen werden zur Übersichtlichkeit nicht gezeigt). Ein Summierer 144 summiert die Alpha- und Beta-Signale und das Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal zu einer gemeinsamen Ausgabe. Eine Verstärkungssteuerung 146 passt die Verstärkung des kombinierten Signals an und ein Verstärker 148 verstärkt das kombinierte Signal. Ein Koppler 150 koppelt das kombinierte Signal auf die Kabelanlage.
In 4 wird der RAD-Mikroprozessor 88 nochmals zur Klarheit gezeigt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der RAD-Mikroprozessor 88 eine einzige Verarbeitungseinheit, die eine Steuerung sowohl über die Empfangs- als auch die Sendeteile der RAD vorsieht. In 4 wird weiter ein spannungsgesteuerter temperaturkompensierter Kristalloszillator (VCTCXO – voltage controlled temperature compensated crystal oscillator) 154 gezeigt. Der VCTCXO 154 liefert ein Taktsignal für den RAD-Mikroprozessor 88 und ein Referenzsignal für die Erzeugung eines Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignals 152. Der RAD-Mikroprozessor 88 kann die Ausgabe des VCTCXO 154 mit dem RAD-Referenzsignal synchronisieren und/oder die Phasen angleichen, nachdem das RAD-Referenzsignal verfügbar wird. Wenn die RAD zu Beginn einen Strom erhält, kann die Ausgabe des VCTCXO 154 einen Takt und Referenzen bereitstellen, durch die Funktionen zum Starten (bootstrapping functions) erreicht werden können.
Die Erzeugung eines Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignals 152 liefert einen Mechanismus zur Leistungssteuerung für die RAD. Jede RAD überträgt ein unterscheidbares Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal zurück zu dem Kopfende 40, wo das Signal gemessen wird und mit den Pegeln der anderen empfangenen Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignale verglichen wird. Das Kopfende 40 kann eine Meldung über das RAD-Referenzsignal an die einzelne RAD senden und sie anweisen, den Leistungspegel des Signals, das sie an die Kabelanlage liefert, zu erhöhen oder zu verringern. Wie oben angemerkt, liefert die Kabelanlage eine Verstärkung, die sich über die Zeit signifikant ändern kann. Die Verstärkung der Kabelanlage und die Variation über die Zeit ist für verschiedene Frequenzen unterschiedlich. Jede RAD muss ein Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal besitzen, das an dem Kopfende 40 unterscheidbar ist, auch wenn die Signale, die sie erzeugt, mit den Signalen von anderen RADs kombiniert werden. Weitere Details über die Funktion des Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignals werden unten angeführt.
Wie oben angemerkt, weist ein typisches zelluläres System eine Vielzahl von beabstandeten Basisstationen auf, die jeweils einen Satz von zugehörigen gemeinsam angeordneten Antennen haben. Eine typische zelluläre Basisstation kann drei oder mehrere Sektoren aufweisen. Die Sektoren sind Abschnitte der Basisstation, die eng zusammen gehören. Jeder Sektor überträgt einen anderen Satz von Signalen als der Satz von Signalen, der von jedem anderen Sektor in der Basisstation übertragen wird. Da die Sektor-Schaltungen gemeinsam angeordnet sind, können sie einfach gemeinsam benutzt werden und zwischen den Sektoren zusammengeschaltet werden. Das Antennenmuster einer typischen Basisstation mit drei Sektoren wird in 5 gezeigt. In 5 wird der Abdeckbereich 300A von der dünnsten Linie dargestellt. Der Abdeckbereich 300B wird von der Linie mit der mittleren Dicke dargestellt. Der Abdeckbereich 300C wird von der dicksten Linie dargestellt. Die Form der in 5 gezeigten drei Abdeckbereiche ist die Form, die von standardmäßigen Richtdipolantennen (directional dipol antennas) erzeugt wird. Die Ränder der Abdeckbereiche können als der Ort betrachtet werden, an dem die entfernte Einheit den minimalen Signalpegel empfängt, der erforderlich ist, um eine Kommunikation über diesen Sektor zu unterstützen. Wenn sich eine entfernte Einheit in den Sektor hinein bewegt, nimmt die von der Basisstation empfangene Signalstärke, wie sie von der entfernten Einheit wahrgenommen wird, zu. Eine entfernte Einheit an dem Punkt 302 kann über den Sektor 300A kommunizieren. Eine entfernte Einheit an dem Punkt 303 kann über den Sektor 300A und den Sektor 300B kommunizieren. Eine entfernte Einheit an dem Punkt 304 kommuniziert über den Sektor 300B. Bewegt sich eine entfernte Einheit über den Rand des Sektors hinaus, kann sich die Kommunikation über diesen Sektor verschlechtern. Eine entfernte Einheit, die in einem weichen Hand-Over-Modus zwischen der Basisstation in 5 und einer nicht gezeigten benachbarten Basisstation arbeitet, befindet sich wahrscheinlich in der Nähe des Randes einer der Sektoren.
Eine verteilte Antennen-Konfiguration wird in dem oben erwähnten U.S. Patent Nr. 5,280,472 beschrieben. In dem in dem Patent 5,280,472 beschriebenen Antennensystem ist eine Serie von Antennen aneinandergereiht, ge trennt durch Verzögerungselemente. Die Serie von Antennen kann verwendet werden, um eine Abdeckung für ein längliches Gebiet oder ein Gebiet bereitzustellen, das eine große Anzahl von Dämpfungselementen aufweist. Zum Beispiel kann eine verteilte Antenne dazu verwendet werden, ein Signal entlang der Länge eines Bürgersteigs zwischen zwei sehr hohen Gebäuden zu liefern. Die verteilte Antenne kann einfach eine Abdeckung um eine Ecke herum liefern, wo eine Abdeckung einer standardmäßigen Basisstation, wie die in 5 gezeigte, von großen Gebäuden blockiert wird.
Ein verteiltes Antennensystem kann verwendet werden, um eine Abdeckung für einen konzentrierten, statt einen länglichen Abdeckbereich bereitzustellen. Zum Beispiel zeigt 6 einen Satz von verteilten Antennen 306A–306J, die jeweils die Abdeckbereiche 305A–305J bereitstellen. Ein verteiltes Antennensystem wird typischerweise in Verbindung mit einem einzelnen Sektor einer Basisstation verwendet. Somit sendet jede der verteilten Antennen 306A–306J dieselbe Gruppe von Signalen. Auch wenn Verzögerungselemente zwischen den Antennen verwendet werden, liefert jede der verteilten Antennen 306A–306J denselben Satz von Signalen. Zusätzlich zu der hohen Flexibilität der Form des Abdeckbereichs, haben verteilte Antennen den Vorteil, dass sie eine relativ konstante Signalleistung für die entfernten Einheiten innerhalb ihrer Abdeckbereiche bereitstellen. Somit können die entfernten Einheiten ein Senden mit sehr hohen Sendepegeln vermeiden, die eine Batterieleistung sehr schnell verbrauchen.
In der Anordnung mit verteilten Antennen von 6 führt, wenn sich eine entfernte Einheit zwischen den Abdeckbereichen 305A–305J bewegt, weder die Basisstation noch die entfernte Einheit jegliche Art von Hand-Over durch. Die Signale, die über mehr als eine Antenne der verteilten Antennen 306A–306J kommuniziert werden, erscheinen sowohl für die Basisstation als auch für die entfernte Einheit als Mehrweg-Ausbreitungen und werden auf die selbe Weise, wie bei natürlich auftretenden Mehrweg-Ausbreitungen, erfasst, demoduliert und kombiniert.
7 zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines standardmäßigen zellulären Systems, das drei Basisstationen 362, 364 und 368 mit jeweils einem Sektor zeigt. In 7 ist jede der Antennen 310, 326 und 344 die Empfangsantenne für die jeweilige Basisstation 362, 364 und 368. Die Basisstationen 362, 364 und 368 sind sehr nahe beieinander und die Antennen 310, 326 und 344 haben derartige überlappende Abdeckbereiche, dass sich ein Signal einer einzelnen entfernten Einheit in einem weichen Hand-Over mit allen drei Basisstationen zugleich befinden kann. Jede der Antennen 310, 326 und 344 kann eine wie in 6 gezeigte verteilte Antenne sein. Typischerweise verwenden Basisstationen Diversitäts-Empfangsantennen, das heißt, dass zwei getrennte Antennen an jedem Sektor verwendet werden. Jede Diversitäts-Antenne ist mit ihrer eigenen HF-Empfangsverarbeitungsvorrichtung verbunden, wobei die Demodulationselemente Dienstsignalen von jeder Antenne zugewiesen werden können. Eine derartige Diversitäts-Anordnung ist in 7 zur Übersichtlichkeit nicht gezeigt.
Die Antennen 310, 326 und 344 liefern ein Empfangssignal jeweils an die Empfangsverarbeitungsvorrichtungen 312, 328 und 346. Die Empfangsverarbeitungsvorrichtungen 312, 328 und 346 verarbeiten das HF-Signal und wandeln das Signal in digitale Bits um. Die Empfangsverarbeitungsvorrichtungen 312, 328 und 346 können die digitalen Bits auch filtern. Die Empfangsverarbeitungsvorrichtung 312 liefert die gefilterten digitalen Bits an die Demodulationselemente 316A–316N. Die Empfangsverarbeitungsvorrichtung 328 liefert die gefilterten digitalen Bits an die Demodulationselemente 332A–332N. Ebenso liefert die Empfangsverarbeitungsvorrichtung 346 die gefilterten digitalen Bits an die Demodulationselemente 350A–350N.
Die Demodulationselemente werden durch die Steuervorrichtung 318 über die Verbindung 320 gesteuert. Die Steuervorrichtung 318 weist die Demodulationselemente 316A–316N einer der Instanzen eines Informationssignals von derselben entfernten Einheit zu, wie sie von der Basisstation 362 wahrgenommen wird. Die einzelnen Instanzen des Signals können aufgrund der Mehrweg-Charakteristiken der Umgebung erzeugt werden. Die Demodulationselemente 316A–316N erzeugen Datenbits 322A–322N, die in einem Symbol-Kombinierer 324 kombiniert werden. Die Ausgabe des Symbol-Kombinierers 324 können zusammengesetzte „soft decision"-Daten sein, die für ein Viterbi-Decodieren geeignet sind. Die kombinierten Daten werden von einem Decoder 314 decodiert und als Meldung 1 ausgegeben und an die Steuervorrichtung 370 eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikationssystems weitergeleitet.
Ein Befehl zur Leistungsanpassung von der Basisstation 362 für die entfernte Einheit wird von der Steuervorrichtung 318 aus der kombinierten Signalstärke aller von den Demodulationselementen 316A–316N demodulierten Signale erzeugt. Die Steuervorrichtung 318 kann die Leistungssteuerungsinformation an die Sendeschaltungen (nicht gezeigt) der Basisstation 362 weiterleiten, damit sie an die entfernte Einheit weitergegeben wird.
Die Demodulationselemente 332A–332N werden durch die Steuervorrichtung 334 über die Verbindung 336 gesteuert. Die Steuervorrichtung 334 weist die Demodulationselemente 332A–332N einer der Instanzen von Informationssignalen von derselben entfernten Einheit zu. Die Demodulationselemente 332A–332N erzeugen Datenbits 338A–338N, die in einem Symbol-Kombinierer 340 kombiniert werden. Die Ausgabe des Symbol-Kombinierers 340 können zusammengesetzte „soft decision"-Daten sein, die für ein Viterbi-Decodieren geeignet sind. Die kombinierten Daten werden von einem Decoder 342 decodiert und als Meldung 2 ausgegeben und an die Steuervorrichtung 370 eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikationssystems weitergeleitet.
Ein Befehl zur Leistungsanpassung für die entfernte Einheit wird von der Steuervorrichtung 334 aus der kombinierten Signalstärke aller von den Demodulationselementen 332A–332N demodulierten Signale erzeugt. Die Steuervorrichtung 334 kann die Leistungssteuerungsinformation an die Sen deschaltungen (nicht gezeigt) der Basisstation 364 weiterleiten, damit sie an die entfernte Einheit weitergegeben wird.
Die Demodulationselemente 350A–350N werden durch die Steuervorrichtung 352 über die Verbindung 354 gesteuert. Die Steuervorrichtung 352 weist die Demodulationselemente 350A–350N einer der Instanzen von Informationssignalen von derselben entfernten Einheit zu, wie sie von der Basisstation 368 wahrgenommen wird. Die Demodulationselemente 350A–350N erzeugen Datenbits 356A–356N, die in einem Symbol-Kombinierer 358 kombiniert werden. Die Ausgabe des Symbol-Kombinierers können zusammengesetzte „soft decision"-Daten sein, die für ein Viterbi-Decodieren geeignet sind. Die kombinierten Daten werden von einem Decoder 360 decodiert und als Meldung 3 ausgegeben und an die Steuervorrichtung 370 eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikationssystems weitergeleitet.
Ein Befehl zur Leistungsanpassung für die entfernte Einheit wird von der Steuervorrichtung 352 aus der geschätzten Signalstärke aller von den Demodulationselementen 350A–350N demodulierten Signale erzeugt. Die Steuervorrichtung 352 kann die Leistungssteuerungsinformation an die Sendeschaltungen (nicht gezeigt) der Basisstation 368 weiterleiten, damit sie an die entfernte Einheit weitergegeben wird.
Für jede entfernte Einheit, die in dem System in einem weichen Hand-Over arbeitet, empfängt die Steuervorrichtung 370 eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikationssystems decodierte Daten von zumindest zwei Basisstationen. In 7 zum Beispiel empfängt die Steuervorrichtung 370 eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikationssystems decodierte Daten in der Form der Meldungen 1, 2 und 3 von der gemeinsamen entfernten Einheit jeweils von den Basisstationen 362, 364 und 368. Die decodierten Daten können nicht kombiniert werden, um den großen Vorteil zu liefern, der durch Kombinieren der Daten vor dem Decodieren erzielt wird. Deswegen kombiniert die Steuervorrichtung 370 eines zellulären oder perso nenbezogenen Kommunikationssystems typischerweise die decodierten Daten von jeder Basisstation nicht, sondern wählt stattdessen eine der drei decodierten Datenmeldungen 1, 2 oder 3, die den höchsten Signalqualitätsindex hat, und verwirft die anderen beiden. In 7 führt eine Auswahlvorrichtung 372 den Auswahlvorgang auf einer Rahmen-per-Rahmen-Basis durch und liefert das Ergebnis an einen Vocoder oder an eine andere Datenverarbeitungseinheit. Weitere Information zu dem Auswahlvorgang ist in dem U.S. Patent Nr. 6,222,830 mit dem Titel „Communication System Using Repeated Data Selection" zu finden, das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurde.
Ein Grund, warum die von den Symbol-Kombinierern 324, 340 und 358 ausgegebenen kombinierten, aber nicht decodierten Daten nicht jeweils von den Basisstationen 362, 364 und 368 zu der Steuervorrichtung 370 gesendet werden, liegt darin, dass der Demodulationsvorgang Daten mit einer sehr hohen Rate erzeugt. Ein großer Block von Daten wird in dem Decodierungsvorgang verwendet, um das decodierte Symbol zu erzeugen. Das Verhältnis der Menge von Daten, die zum Decodieren eines Datensymbols erforderlich sind, und der Menge von Daten, um ein decodiertes Symbol und einen Qualitätsindex zu spezifizieren, kann bis zu 1000 zu 1 betragen. Zusätzlich zu der Komplexität ist die innewohnende Verzögerung beim Transportieren derartig großer Mengen von Daten untragbar, außer es wird eine Verbindung mit sehr hoher Geschwindigkeit verwendet. Somit wird das Verbindungssystem zwischen den Hunderten von Basisstationen in dem System (von denen die meisten in 7 nicht gezeigt werden) und der System-Steuervorrichtung 370 um einiges vereinfacht, wenn statt der nicht decodierten Daten, die für eine Kombination geeignet sind, nur die decodierten Daten und Qualitätsanzeigen gesendet werden.
Neben der Komplexität bei der Übertragung der großen Menge von Daten, die bei kombinierten, aber nicht decodierten Daten auftritt, sind auch die Kosten untragbar. Typischerweise befinden sich die Basisstationen eines Systems entfernt von der Steuervorrichtung des Systems. Der Weg von den Basisstationen zu der Steuervorrichtung des Systems weist typischerweise eine gemietete Leitung auf, wie eine T1-Schnittstellenleitung. Die Kosten derartiger Leitungen werden größtenteils von der Menge der Daten bestimmt, die sie übertragen. Somit kann ein Erhöhen der Menge von Daten, die von den Basisstationen an die Steuervorrichtung des Systems übertragen werden, sowohl hinsichtlich der Kosten untragbar als auch technisch schwierig sein.
In einem nicht optimalen System kann das unter Bezugnahme auf 7 beschriebene Auswahlverfahren eines weichen Hand-Overs direkt auf eine Basisstation mit Sektoren angewendet werden, indem jeder Sektor einer gemeinsamen Basisstation als eine getrennte unabhängige Basisstation behandelt wird. Jeder Sektor der Basisstation kann Mehrweg-Signale von einer gemeinsamen entfernten Einheit kombinieren und decodieren. Die decodierten Daten können direkt von jedem Sektor der Basisstation an die Steuervorrichtung eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikationssystems gesendet werden, oder sie können an der Basisstation verglichen und ausgewählt werden und das Ergebnis kann an die Steuervorrichtung eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikationssystems gesendet werden. Ein sehr viel vorteilhafteres Verfahren der Handhabung eines Hand-Overs zwischen Sektoren einer gemeinsamen Basisstation ist, ein weicheres Hand-Over zu verwenden, wie in dem oben erwähnten U.S. Patent Nr. 5,625,876 beschrieben wird. Schaltungen zum Vorsehen eines weicheren Hand-Overs werden in Verbindung mit 8 beschrieben.
In 8 ist jede der Antennen 222A–222C die Empfangsantenne für einen Sektor und jede der Antennen 230A–230C die Sendeantenne für einen Sektor. Die Antenne 222A und die Antenne 230A entsprechen einem gemeinsamen Abdeckbereich und können Idealerweise dasselbe Antennenmuster haben. Desgleichen entsprechen die Antennen 222B und 230B und die Antennen 222C und 230C jeweils gemeinsamen Abdeckbereichen. 8 stellt eine typische Basisstation dar, da die Antennen 222A–222C überlappende Abdeckbereiche aufweisen, so dass ein Signal einer einzelnen ent fernten Einheit gleichzeitig an mehr als einer Antenne vorhanden sein kann. Die Antennen 222A–222C können Antennenmuster liefern, wie in 5 gezeigt, oder eine oder mehrere der Antennen 222A–222C können verteilte Antennen sein.
Wiederum unter Bezugnahme auf 8, die Antennen 222A, 222B und 222C liefern das empfangene Signal an die jeweiligen Empfangsverarbeitungsvorrichtungen 224A, 224B und 224C. Die Empfangsverarbeitungsvorrichtungen 224A, 224B und 224C verarbeiten das HF-Signal und wandeln das Signal in digitale Bits um. Die Empfangsverarbeitungsvorrichtungen 224A, 224B und 224C können die digitalen Bits filtern und die resultierenden digitalen Bits an einen Schnittstellen-Anschluss 226 liefern. Der Schnittstellen-Anschluss 226 kann jeweils einen der drei ankommenden Signalwege mit jeweils einem der Demodulationselemente 204A–204N unter der Steuerung einer Steuervorrichtung 200 über die Verbindung 212 verbinden.
Die Demodulationselemente 204A–204N werden durch die Steuervorrichtung 200 über die Verbindung 212 gesteuert. Die Steuervorrichtung 200 weist die Demodulationselemente 316A–316N einer der Instanzen von Informationssignalen von einer einzelnen entfernten Einheit von einem der Sektoren zu. Die Demodulationselemente 204A–204N erzeugen Datenbits 220A–220N, von denen jedes Bit eine Schätzung der Daten von der einzelnen entfernten Einheit darstellt. Die Datenbits 220A–220N werden in einem Symbol-Kombinierer 208 kombiniert, um eine einzelne Schätzung der Daten von der entfernten Einheit zu erzeugen. Die Ausgabe des Symbol-Kombinierers 208 können zusammengesetzte „soft decision"-Daten sein, die für ein Viterbi-Decodieren geeignet sind. Die kombinierten Symbole werden an einen Decoder 228 weitergegeben.
Die Demodulationselemente 204A–204N liefern über die Verbindung 212 auch mehrere Ausgabe-Steuersignale an die Steuervorrichtung 200. Die an die Steuervorrichtung 200 geleitete Information umfasst eine Schätzung der Signalstärke des einem bestimmten Demodulationselement zugewiesenen Signals. Jedes der Demodulationselemente 204A–204N misst eine Signalstärkeschätzung des Signals, das es demoduliert, und liefert die Schätzung an die Steuervorrichtung 200.
Es ist zu beachten, dass der Symbol-Kombinierer 208 Signale von nur einem Sektor kombinieren kann, um eine Ausgabe zu erzeugen, oder er kann Symbole von mehreren Sektoren kombinieren, wie von dem Schnittstellen-Anschluss 226 gewählt wird. Ein einzelner Befehl zur Leistungssteuerung wird von der Steuervorrichtung 200 aus den geschätzten Signalstärken von allen Sektoren erzeugt, über die das Signal empfangen wurde. Die Steuervorrichtung 200 kann die Information zur Leistungssteuerung an die Sendeschaltungen jedes Sektors der Basisstation weiterleiten. Somit überträgt jeder Sektor in der Basisstation dieselbe Leistungssteuerungsinformation an eine einzelne entfernte Einheit.
Wenn der Symbol-Kombinierer 208 Signale von einer entfernten Einheit kombiniert, die über mehr als einen Sektor kommuniziert, befindet sich die entfernte Einheit in einem weicheren Hand-Over. Die Basisstation kann die Ausgabe des Decoders 228 an eine Steuervorrichtung eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikationssystems senden. In der Steuervorrichtung eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikationssystems können Signale von dieser Basisstation und von anderen Basisstationen, die der entfernten Einheit entsprechen, verwendet werden, um eine einzige Ausgabe unter Verwendung des oben beschriebenen Auswahlvorgangs zu erzeugen.
Der in 8 gezeigte Sendevorgang empfängt eine Meldung für eine entfernte Einheit von dem Endbenutzer über die Steuervorrichtung eines zellulären oder personenbezogenen Kommunikationssystems. Die Meldung kann über eine oder mehrere der Antennen 230A–230C gesendet werden. Ein Schnittstellen-Anschluss 236 verbindet die Meldung für die entfernte Einheit mit einem oder mehreren der Modulationselemente 234A–234C, wie von der Steuervorrichtung 200 gesetzt. Die Modulationselemente 234A–234C modulieren die Meldung für die entfernte Einheit mit dem geeigneten PN-Code. Die modulierten Daten von den Modulationselementen 234A–234C werden an die jeweiligen Sendeverarbeitungsvorrichtungen 232A–232C geleitet. Die Sendeverarbeitungsvorrichtungen 232A–232C wandeln die Meldung in eine HF-Frequenz um und senden das Signal mit einem geeigneten Signalpegel über die jeweiligen Antennen 230A–230C. Es ist zu beachten, dass der Schnittstellen-Anschluss 236 und der Schnittstellen-Anschluss 226 dahingehend unabhängig voneinander arbeiten, dass ein Empfang eines Signals von einer bestimmten entfernten Einheit über eine der Antennen 222A–222C nicht unbedingt bedeutet, dass die entsprechende Sendeantenne 230A–230C ein Signal zu der bestimmten entfernten Einheit sendet. Es ist auch zu beachten, dass der über jede Antenne gesendete Befehl zur Leistungssteuerung derselbe ist, somit eine Sektor-Diversität von einer gemeinsamen Basisstation für das optimale Leistungssteuerungsverhalten nicht kritisch ist. Diese Vorteile werden zum Vorteil des Systems in den oben erwähnten U.S. Patenten Nr. 5,864,760 und Nr. 6,157,668 über einen als gesteuertes Senden (transmit gating) bezeichneten Vorgang weiter ausgenutzt.
Es ist die erhöhte Flexibilität der Ressourcen der Basisstationen zu beachten. Werden 7 und 8 verglichen, ist die Flexibilität offensichtlich. Angenommen, dass in den drei in 7 dargestellten Basisstationen die Basisstation 362 stark mit Signalen belastet ist, derart, dass die Anzahl der ankommenden Signal größer ist als die Anzahl, welche die Demodulationselemente handhaben können. Die Tatsache, dass die Basisstation 364 leicht belastet ist und nicht benutzte Demodulationselemente hat, hilft der Basisstation 362 nicht. In 8 kann jedoch jedes Demodulationselement einem einer Vielzahl von Sektoren zugewiesen werden, wodurch eine Zuweisung von Ressourcen zu dem am stärksten belasteten Sektor möglich ist.
In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung gibt es nur eine zentralisierte Basisstation an dem Kopfende 40 (siehe 2). Somit können alle Demodulationselemente in dem System als in derselben Weise nah ver wandt betrachtet werden, wie die Sektoren des standardmäßigen Systems. Signale von jeder RAD können vor einem Decodieren mit einem Signal von jeder anderen RAD kombiniert werden, wodurch eine verbesserte Systemleistung erbracht wird. In der idealsten Konfiguration ist der Auswahl-Vorgang beseitigt und ein weicheres Hand-Over kann über den gesamten Abdeckbereich des Systems vorgesehen werden. Es ist zu beachten, dass es im Interesse einer vereinfachten Architektur vorteilhaft sein kann, die Verbindung (interconnectivity) zwischen den Demodulationselementen zu begrenzen und eine Auswahl zu verwenden, um manchmal einige Signale zu kombinieren.
Zusätzlich zu den vielen Vorteilen eines Vorsehens eines weicheren Hand-Overs über ein System hinweg, macht es die extreme Flexibilität eines derartigen Systems einfach, mit dem ersten Einsatz eines Systems zu beginnen und das System zu rekonfigurieren, um auf Veränderungen in dem System zu reagieren. Die Flexibilität kommt aus der Tatsache, dass in einem wie hier beschriebenen System jede RAD entweder als ein Knoten einer verteilten Antenne oder als ein unabhängiger Sektor arbeiten kann und, dass die Rolle der RAD einfach, schnell und aus der Entfernung von dem Kopfende 40 verändert werden kann.
9A ist eine beispielhafte spektrale Verteilung auf der Stromabwärtsverbindung der Kabelanlage. Da herkömmlichen Fernsehkanälen in der Kabelanlage 6 MHz Bandbreite zugeteilt werden, verwendet die Vorwärtsverbindungs-Signalisierung in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel Frequenzblöcke mit 6 MHz. Ebenfalls weist eine typische Basisstation drei Sektoren auf. Um somit mit der herkömmlichen zellulären Einrichtung übereinzustimmen, wird die Frequenz unter Bezugnahme auf drei zusammengehörige Sektoren zugeteilt. Offensichtlich sind viele andere Frequenzverteilungen und Zuweisungen von Ressourcen für die Konzepte der vorliegenden Erfindung gut geeignet. In 9A wird die CDMA-Wellenform für drei Sektoren gezeigt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die CDMA-Wellenform für jeden Sektor ungefähr 1.25 MHz breit. Ebenso in 9A wird das RAD- Referenzsignal gezeigt, das von der RAD überwacht wird, die einen der drei gezeigten Sektoren überträgt. Der scharfe SAW-Filter in den RADs kann die anderen CDMA-Wellenformen und das RAD-Referenzsignal an der RAD auf einen ausreichenden Pegel derart unterdrücken, dass nur das gewünschte Signal über die drahtlose Verbindung an die entfernten Einheiten gesendet wird.
9B ist eine beispielhafte spektrale Verteilung auf der Stromaufwärtsverbindung der Kabelanlage. Die Rückwärtsverbindungs-Signalisierung ist durch die herkömmliche Stromaufwärts-Spektrum-Frequenz-Zuweisung weniger eingezwängt. In der in 9B gezeigten Zuweisung wird angenommen, dass zumindest einige der RADs mit Alpha- und Beta-Diversitäts-Antennen ausgestattet sind, wie die in 4 gezeigte beispielhafte RAD. Deswegen ist eine Zuweisung einer größeren Stromaufwärts-Bandbreite erforderlich, um die drei Sektoren zu bedienen. In der in 9B gezeigten beispielhaften Konfiguration werden, wie gezeigt, 13 MHz zugewiesen, wobei ein Teil des Spektrums dem RAD-eindeutigen Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal zugewiesen wird.
Wie aus 9A und 9B zu sehen ist, werden die Sektorsignale mit einem Frequenzmultiplexverfahren auf das Kabel aufgebracht. Eine RAD kann über das RAD-Referenzsignal angewiesen werden, ihre PLLs derart einzustellen, dass die Sektor-1-Frequenz von der RAD übertragen wird, und derart, dass die RAD ihr empfangenes Signal an die Sektor-Eins-Alpha- und die Sektor-Eins-Beta-Frequenzen liefert. Eine zweite RAD mit einem benachbarten Abdeckbereich kann angewiesen werden, ebenso den Sektor 1 zu senden und zu empfangen. Somit verhält sich die zweite RAD, als ob sie eine weitere Antenne in einer verteilten Antennenkonfiguration mit der ersten RAD wäre. Dies trifft in jedem Fall zu, ob die ersten und zweiten RADs mit demselben oder unterschiedlichen Faserknoten (zum Beispiel die Faserknoten 20A–20I von 2) verbunden sind oder nicht. In diesem Fall führt eine von dem Abdeckbereich der ersten RAD zu dem Abdeckbereich der zweiten RAD gehende entfernte Einheit überhaupt keinen Hand-Over durch. Die Verarbeitung sowohl der entfernten Einheit als auch der Basisstation nimmt die Änderung der Abdeckbereiche einfach als Erzeugung einer neuen Mehrweg-Ausbreitung wahr.
Alternativ kann die zweite RAD über das RAD-Referenzsignal angewiesen werden, ihre PLLs derart einzustellen, dass die Sektor-2-Frequenz von der RAD übertragen wird, und derart, dass die RAD ihr empfangenes Signal an die Sektor-Zwei-Alpha- und die Sektor-Zwei-Beta-Frequenzen liefert. In diesem Fall führt, wenn sich eine entfernte Einheit von dem Abdeckbereich der ersten RAD zu dem Abdeckbereich der zweiten RAD bewegt, die entfernte Einheit einen Hand-Over, wie oben beschrieben, durch. Abhängig von der Konfiguration der Basisstation führt die Basisstation einen weichen oder einen weicheren Hand-Over der entfernten Einheit durch. Typischerweise werden der weiche und der weichere Hand-Over aus der Sicht der entfernten Einheit als gleich wahrgenommen.
10 stellt ein beispielhaftes Blockdiagramm einer Basisstation dar. Insbesondere zeigt 10 die Basisstation 44 von 2 im Detail. Die Basisstation 44 empfängt eine Eingabe von den „optische-in-elektrische Signale"-Wandlern 18A–18I. In dem allgemeinsten Fall kann jeder der „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18A–18I Signale für jeden von K verschiedenen Sektoren, die von der Basisstation 44 unterstützt werden, enthalten. Eine duale Bank von Abwärtswandlern 410A–410N ist über eine Verbindung 414 mit den „optische-in-elektrische Signale"-Wandlern 18A–18I gekoppelt. Die duale Eigenschaft der Abwärtswandler 410A–410N spiegelt die Tatsache wider, dass die Faserstränge sowohl einen Alpha- als auch einen Beta-Diversitäts-Empfang enthalten können. Gibt es einige RADs, die keinen Diversitäts-Empfang vorsehen, müssen einige der Abwärtswandler nicht dual sein. In dem allgemeinsten Fall kann die Verbindung 414 jeden der „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18A–18I mit jedem Abwärtswandler der dualen Bank von Abwärtswandlern 410A–410N verbinden und kann Signale von zwei oder mehreren „optische-in-elektrische Signale"-Wandlern 18A–18I kombinieren.
Unter Bezugnahme auf 9B ist es offensichtlich, dass, um jedes Signal von jedem ankommenden Sektor auf eine gemeinsame ZF-Frequenz abwärtszuwandeln, es keine Eins-zu-Eins-Entsprechung (one-to-one correspondence) zwischen den Abwärtswandlern und den „optische-in-elektrische Signale"-Wandlern gibt. Wenn zum Beispiel der „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18A nur die Signale liefert, die den drei in 9B gezeigten Sektoren entsprechen, muss es sechs verschiedene Abwärtswandler geben – einer entsprechend jedem Sektor der Sektoren 1-Alpha, 1-Beta, 2-Alpha, 2-Beta, 3-Alpha und 3-Beta –, die ein Signal von dem „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18A empfangen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel können, wenn der „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18A und der „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18B jeweils Signale übertragen, die dem Sektor 1-Alpha auf derselben Frequenz entsprechen, diese Signale vor einer Abwärtswandlung in der Verbindung 414 kombiniert werden.
In dem allgemeinsten Fall bedeutet die Tatsache, dass ein bestimmter Sektor der von der Basisstation 44 unterstützten K verschiedenen Sektoren auf einer ersten Frequenz auf einer ersten Faser der Fasern in der Kabelanlage übertragen wird, nicht notwendigerweise, dass andere Fasern denselben Sektor auf der ersten Frequenz übertragen. Somit ist sogar in einem System mit so wenigen wie drei Sektoren und mit der Fähigkeit, Signale mit HF in der Verbindung 414 zu kombinieren, mehr als ein Zwei-zu-Eins-Verhältnis zwischen der Anzahl unterstützter Sektoren (K) und der Anzahl von Abwärtswandlern in der dualen Bank (N) erforderlich. Wenn zum Beispiel der „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18A den in 9B gezeigten Satz von drei Sektoren überträgt, der um 12 MHz zentriert ist, und der „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18B den in 9B gezeigten Satz von drei Sektoren überträgt, der um 25 MHz zentriert ist, sind 12 verschiedene Abwärtswandler erforderlich, um die drei Sektoren zu bedienen.
Die duale Bank von Abwärtswandlern 410A–410N liefert eine Abwärtswandlung und ein Filtern der ankommenden Signale. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das von jeder der dualen Bank von Abwärtswandlern 410A–410N ausgegebene Signal eine gemeinsame ZF-Frequenz.
Parallel zu der dualen Bank von Abwärtswandlern 410A–410N befinden sich Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal-Prozessoren 412A–412M. Die Verbindung 414 sieht auch eine Verbindung zwischen dem Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal (wie beispielhaft in 9B gezeigt) von den „optische-in-elektrische Signale"-Wandlern 18A–18I zu den Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal-Prozessoren 412A–412M vor. Das Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal von jeder RAD muss in der Basisstation 44 noch immer getrennt analysiert werden und somit ist die Anzahl der Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal-Prozessoren (M) nicht von der Anzahl der dualen Abwärtswandler (N) festgelegt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel muss das Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal nur periodisch statt kontinuierlich überwacht werden. Zum Beispiel kann jedem Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal-Prozessor 412A–412M zugewiesen werden, bis zu 12 verschiedene Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignale gleichzeitig durch aufeinander folgendes Messen des Leistungspegels in jedem Signal zu überwachen. In einem derartigen Fall kann die tatsächliche Anzahl von Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal-Prozessoren (M) verringert werden.
Die Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal-Prozessoren 412A–412M messen die Amplitude des Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignals jeder RAD. Die Messung des Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignals liefert eine Schätzung der relativen Amplitude der Stromaufwärts-Signale. Das Ergebnis der Messungen wird über eine Verbindung 408 an eine Kommunikationssteuervorrichtung 430 der Kabelanlage berichtet. Eine Meldung wird über das RAD-Referenzsignal an die entsprechende RAD zurückgesendet, das die RAD anweist, den Pegel der von ihr gelieferten Stromaufwärts-Signale zu erhöhen oder zu verringern. Somit werden die von jeder RAD ausgegebenen relativen Signalpegel derart gesteuert, dass die Signale in der Kabelanlage oder in der Basisstation 44 passend kombiniert werden können. Die Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal-Prozessoren 412A–412M können auch andere Funktionen vorsehen, wie ein Überwachen von Meldungen von den RADs oder eine Fehlerverwaltung.
Die Verbindung 408 führt eine Verbindung zwischen der dualen Bank von Abwärtswandlern 410A–410N und einer dualen Bank von Summierern 407A–407K durch. Die duale Bank von Summierern 407A–407K summiert die Ausgabe von jedem der Abwärtswandler 410A–410N, die demselben Sektor entsprechen.
Zusätzlich zu der Tatsache, dass die Stromaufwärts-Leistung von jeder RAD relativ zu den anderen gesteuert werden muss, damit ein effektives Kombinieren erreicht werden kann, muss das Kopfende 40 auch den absoluten Pegel des Stromaufwärts-Signals regulieren. Wie oben angemerkt, ist eines der besonderen Probleme der Verwendung einer Kabelanlage zur Verteilung von Signalen einer personenbezogenen Kommunikation das Vorhandensein von eindringenden Signalen. Das CDMA-System des bevorzugten Ausführungsbeispiels ist an sich tolerant gegenüber den nachteiligen Effekten von sogar relativ großen Störern (jammer), die in der drahtlosen Umgebung auftreten, und gegenüber in der Kabelanlage auftretenden, eindringenden Signalen aufgrund von sowohl der Breitband-Eigenschaft des Informationssignals als auch des in dem System eingesetzten Rückwärtsverbindungs-Leistungssteuerungsmechanismus. Der Steuerungsmechanismus der Rückwärtsverbindungs-Leistung steuert das Rückwärtsverbindungssignal auf einen sehr begrenzten dynamischen Bereich, wie er von den RADs empfangen wird. Jede entfernte Kommunikationseinheit stellt ihre Sendeleistung derart ein, dass die RAD das Signal der entfernten Einheit mit dem gleichen Pegel empfängt, unabhängig von der Entfernung zwischen der entfernten Einheit und der RAD. Da die Rückwärtsverbindungs-Leistung einen relativ niedrigen dynamischen Bereich hat, kann das Stromaufwärts-Signal der Kabelanlage einen gleichbleibend hohen Arbeitspunkt des Leistungspegels in der Kabel anlage haben und liefert somit beständige Vorteile gegenüber eindringende Signale mit niedrigerem Leistungspegel.
Es ist jedoch auch wichtig, dass der Arbeitspunkt der Stromaufwärtsverbindung niedrig genug bleibt, um die „elektrische-in-optische"-Wandler und andere Vorrichtungen auf dem Weg nicht zu überlasten. Der Arbeitspunkt der Rückwärtsverbindungs-Stromaufwärts-Signale muss ebenfalls niedrig genug sein, um keine Verschlechterung der anderen Stromaufwärts-Signale der Kabelanlage zu verursachen, wie eine von den Kabelfernsehteilnehmern kommende Signalisierung für eine Anzeige bei „Bezahlen bei Betrachtung" („pay per view"). Somit muss das Kopfende 40 auch den absoluten Pegel der Stromaufwärts-Signale in der Kabelanlage ansprechen.
Unter Verwendung der in 10 gezeigten Architektur existieren zahlreiche Verfahren, durch die der absolute Pegel gesteuert werden kann. Es ist zu beachten, dass das Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal das Kopfende 40 mit demselben Pegel erreicht, ungeachtet des von der entsprechenden RAD empfangenen tatsächlichen Signalpegels. Deswegen muss ein anderen Verfahren verwendet werden, durch das die gesamte Leistung bestimmt wird. In einem Verfahren berichtet jeder aktive Abwärtswandler der dualen Bank von Abwärtswandlern 410A–410N der Kommunikationssteuervorrichtung 430 der Kabelanlage den absoluten Pegel der Signale, die er empfängt. Als Antwort darauf kann die Kommunikationssteuervorrichtung 430 der Kabelanlage jede RAD anweisen, den Signalpegel, mit dem sie das Stromaufwärts-Signal liefert, zu erhöhen oder zu verringern.
Die Ausgabe jedes Summierers der dualen Bank von Summierern 407A–407K wird an eine entsprechende Einheit einer dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische Verstärkungsregelung (AGC – automatic gain control) geliefert. Jede Einheit einer dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische Verstärkungsregelung sieht eine ZF-Signalverarbeitung, wie Filtern, vor. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gibt die duale Bank von Abwärtswandlern 410A–410N analoge Signale aus, die von der analogen dualen Bank von Summierern 407A–407K kombiniert werden. Das kombinierte analoge Signal wird in der dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische Verstärkungsregelung in ein digitales Signal umgewandelt. Damit die Analog-Digital-Wandler (A/D converter – analog to digital converter) richtig arbeiten, muss die Amplitude des in die Analog-Digital-Wandler eingegebenen analogen Signals sorgfältig gesteuert werden. Die Funktion der automatischen Verstärkungsregelung der dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische Verstärkungsregelung ist der Vorgang des Setzens des kombinierten analogen Signals auf den zur Umwandlung geeigneten Pegel und betrifft die Leistungsregelung der Kabelanlage nicht. Alternativ können sich die A/D-Wandler in einem Modem 400 befinden.
Die Modem-Bank 400 ist über eine Verbindung 404 mit der dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische Verstärkungsregelung verbunden. Die Modem-Bank 400 umfasst eine Vielzahl von digitalen Baugruppen (digital shelves) 402. Jede digitale Baugruppe besteht aus einer Bank von Kanalelementmodems. Die Kanalelementmodems führen die Funktionen der Demodulationselemente (wie die Demodulationselemente 204A–204N von 8) durch. In dem allgemeinsten Fall kann jedes Demodulationselement in der Modem-Bank 400 einem der Sektorsignale zugewiesen sein, die von jeder Einheit der dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische Verstärkungsregelung kommen.
12 ist ein teilweises Blockdiagramm eines der Kanalelementmodems in den digitalen Baugruppen 402 unter Verwendung derselben Nummerierung für zu den Elementen von 8 gleichen Elementen. Das in 12 gezeigte Kanalelementmodem wird verwendet, um Signale zu verarbeiten, die zu einer entfernten Einheit gehören. In dem idealsten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann jedes der Demodulationselemente 204A–204N zugeordnet werden, ein Mehrweg-Signal von einer Einheit der dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische Verstärkungsregelung über die Verbindung 404 zu demodulieren. Somit kann mehr als eines der Demodulationse lemente 204A–204N derselben Einheit der dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische Verstärkungsregelung zugewiesen werden, wenn mehr als ein verwendbares Mehrweg-Signal von derselben Einheit der dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische Verstärkungsregelung empfangen wird. Ebenso kann eines der Demodulationselemente 204A–204N einer anderen Einheit der dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische Verstärkungsregelung zugewiesen werden, wenn das Signal der entfernten Einheit auf zwei getrennten nicht zusammengeführten Wegen über die Kabelanlage empfangen wird. Es ist zu beachten, dass die Ausgabe jedes der Demodulationselemente 204A–204N in dem Symbol-Kombinierer 208 kombiniert wird, gewichtet gemäß der Signalqualität, unabhängig davon, welche Einheit der dualen Bank von Einheiten 406A–406K für eine automatische Verstärkungsregelung das Signal liefert, und der Vorgang der Auswahl überflüssig wird, wodurch ein weicher Hand-Over über den gesamten Abdeckbereich hinweg geschaffen wird.
12 zeigt auch den Modulationsteil eines der Kanalelementmodems in einer der digitalen Baugruppen 402. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Vorwärtsverbindungs-Verkehrskanalsignal durch die Pilotsequenz vor einer Übertragung moduliert. Wenn das erzeugte Vorwärtsverbindungssignal von zwei RAD-Einheiten geliefert werden soll, die in Verbindung mit verschiedenem Versatz des Pilotsignals arbeiten, muss das Vorwärtsverbindungssignal von zwei unterschiedlichen Modulationselementen erzeugt werden. Eine Modem-Bank-Steuervorrichtung 237 führt analoge Steuerungsfunktionen zu der Steuervorrichtung 200 von 8 über einen Bus 237 durch.
Die Verbindung 414, die Verbindung 404, die Verbindung 426 und die Verbindung 408 können Idealerweise jeden der Eingänge mit jedem der Ausgänge verbinden. Besonders in sehr großen Systemen können tatsächliche praktische Implementierungen die Verbindungsfähigkeit aufgrund von finanziellen, räumlichen oder anderen praktischen Gründen einschränken. Zum Beispiel kann es von Vorteil sein, die Verbindungsfähigkeit derart einzu schränken, dass ein erster Satz von „optische-in-elektrische Signale"-Wandlern mit einem ersten Satz von Abwärtswandlern gekoppelt werden kann, aber nicht mit einem zweiten Satz von Abwärtswandlern gekoppelt werden kann. Die Verbindungskonfigurationen der Verbindung 414, der Verbindung 408, der Verbindung 426 und der Verbindung 404 sind dynamisch steuerbar von der Kommunikationssteuervorrichtung 430 der Kabelanlage. (Zur Übersichtlichkeit sind in 10 einige Verbindungen nicht gezeigt).
Die Sendesignale werden in den digitalen Baugruppen 402 erzeugt. Für jeden aktiven Sektor wird ein kompletter Satz von Signalen, der einen Pilotkanal, einen Synchronisationskanal, Funkruf(paging)kanäle und alle Verkehrskanäle (d. h. die Mobilgerät-spezifische Kommunikation) aufweist, von den digitalen Baugruppen 402 ausgegeben und in die Verbindung 404 eingegeben. Jedes von der Modem-Bank 400 ausgegebene Sektorsignal wird von zumindest einem der Aufwärtswandler 422A–422P aufwärtsgewandelt. Wenn das Sektorsignal auf mehreren Strängen mit verschiedenen Frequenzen übertragen werden soll, wird das Sektorsignal an mehr als einen der Aufwärtswandler 422A–422P geliefert.
Für jedes Sektorsignal wird eine digitale Anzeige des gewünschten Sendesignalpegels an einen oder mehrere RAD-Referenz-Generator(en) 420A–420L gesendet. Jeder Strang, der ein Sektorsignal überträgt, muss auch ein entsprechendes RAD-Referenzsignal übertragen, das die Stromabwärts-Leistungssteuerungsinformation, die Stromaufwärts-Leistungssteuerungsinformation und jede andere Steuerungsinformation liefert, die den RADs auf dem Strang entspricht, die eines der Sektorsignale überwachen.
Wenn in einem alternativen Ausführungsbeispiel keine digitale Anzeige des gewünschten Sendesignalpegels von den digitalen Baugruppen 402 erzeugt wird, kann vor den Aufwärtswandlern 422A–422P eine Schaltung zur Leistungsüberwachung hinzugefügt werden, welche die Leistung in den ankommenden Sektorsignalen messen würde. Der gemessene Leistungspegel würde direkt oder indirekt an den geeigneten der RAD-Referenz-Generatoren 420A–420L berichtet, der auf den gemessenen Wert auf die gleiche Weise reagieren würde, wie er in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel auf die digitale Anzeige des gewünschten Sendesignalpegels reagiert.
Wenn ein einzelner Strang drei verschiedene Sektorsignale an die RADs auf demselben wie in 9A gezeigten Strang liefert, werden drei unterschiedliche digitale Anzeigen des gewünschten Sendesignalpegels an einen einzelnen Generator der RAD-Referenz-Generatoren 420A–420L gesendet. Für jede RAD, die das Sektorsignal auf diesem Strang überwacht, muss auch eine Stromaufwärts-Leistungssteuerungsinformation bereitgestellt werden. Diese von den Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal-Prozessoren 412A–412M abgeleitete Information wird von der Kommunikationssteuervorrichtung 430 der Kabelanlage geliefert.
Die Verbindung 426 muss die Ausgabe von einer Vielzahl von Aufwärtswandlern 422A–422P mit einem oder mehreren der „elektrische-in-optische Signale"-Wandler 16A–16I koppeln können. Wenn mehrere Stränge dieselbe Sektorinformation übertragen, die in der Kabelanlage auf derselben Frequenz übertragen wird, kann derselbe Aufwärtswandler mehrere „elektrische-in-optische Signale"-Wandler 16A–16I ansteuern. Wenn mehrere Sektoren auf demselben Strang übertragen werden, wie in 9A gezeigt, ist mehr als einer der Aufwärtswandler 422A–422P mit demselben der „elektrische-in-optische Signale"-Wandler 16A–16I gekoppelt. Die Verbindung 426 koppelt auch das entsprechende RAD-Referenzsignal von einem der RAD-Referenz-Generatoren 420A–420L mit jedem der „elektrische-in-optische Signale"-Wandler 16A–16I. Wenn das RAD-Referenzsignal eine ausreichende Informations-Bandbreite aufweist, um Information zur Leistungssteuerung und anderer Steuerung zu liefern, kann dasselbe RAD-Referenzsignal mit einer Vielzahl von „elektrische-in-optische Signale"-Wandlern 16A–16I gekoppelt sein. Alternativ kann ein unterschiedliches RAD-Referenzsignal für jeden Strang erzeugt werden, auch wenn die Stränge dieselben Sektorsignale übertragen. In einem derartigen Fall überträgt das RAD-Referenzsignal nur Steuerungsinformation, die den RADs auf dem Strang entspricht.
Wie die Stromaufwärtsverbindung muss auch der absolute Pegel der Stromabwärtsverbindung gesteuert werden. Typische Stromabwärts-Kabelfernsehsignale arbeiten bei ungefähr 112 dB/Hz (Dezibel/Hertz). In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel können die CDMA-Signalpegel von diesem Pegel um ungefähr 10 dB reduziert werden, um sicherzustellen, dass die CATV-Leistung nicht von der CDMA-Signalisierung beeinträchtigt wird.
Die Verbindung 414 verbindet die „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18A–18I auch mit einem „Eindringen"-Prozessor (ingress processor) 416. Die Funktionen des „Eindringen"-Prozessors 416 werden unten detailliert beschrieben.
In einem typischen makrozellulären System haben die Basisstationen keine direkte Schnittstelle mit dem öffentlichen Fernsprechnetz (PSTN). Typischerweise sieht eine zentralisierte Systemsteuervorrichtung eine Steuerung über einen Satz von Basisstationen vor. Zum Beispiel zeigt 7 die Systemsteuervorrichtung 370, die den Auswahlvorgang für die Basisstationen 362, 364 und 368 durchführt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Auswahlvorgang wegfallen, aber es gibt andere Funktionen der zentralisierte Steuervorrichtung, die nun an das Kopfende 40 übertragen werden können. Zum Beispiel liefert ein CDMA-System, das gestaltet ist gemäß dem Standard „Mobile Station – Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System", TIA/EIA/IS-95, im Allgemeinen einfach als IS-95 bezeichnet, Sprachdaten, die in Rahmen vocodiert (vocode) werden. Die Systemsteuervorrichtung 370 liefert die Umwandlung zwischen der Pulscode-Modulations(PCM – pulse code modulation)-Signalisierung, die über das PSTN verwendet wird, und den in dem CDMA-System verwendeten vocodierten Rahmen.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sieht das System sowohl eine Sprach- als auch einen Datendienstbetrieb von den entfernten Einheiten vor. Das Kopfende muss eventuell auch verschiedene Datendienstfunktionen be reitstellen, die typischerweise in einem makrozellulären System von einer Systemsteuervorrichtung durchgeführt werden. Das Kopfende muss eventuell auch die Abrechnungsfunktionen und andere Anrufverarbeitungsfunktionen durchführen, die normalerweise von der Systemsteuervorrichtung gehandhabt werden. Das Kopfende kann auch eine Vermittlungsstelle zum Schalten von Anrufen zwischen dem CATV-System und dem PSTN aufweisen.
Eine Vielfalt von Architekturen und Funktionszuweisungen sind mit der vorliegenden Erfindung vereinbar. Zum Beispiel können die traditionellen Funktionen der Systemsteuervorrichtung einer getrennten Systemsteuervorrichtung übertragen bleiben und das Kopfende kann als eine oder mehrere Basisstation(en) eines größeren Systems behandelt werden.
Wie oben angemerkt, wird das RAD-Referenzsignal durch die RADs auf drei Arten verwendet. Erstens soll das RAD-Referenzsignal digitale Information an die RAD transportieren. Zweitens wird es als eine Frequenzreferenz innerhalb der RAD verwendet. Drittens wird das RAD-Referenzsignal als eine Referenz verwendet, durch welche die Verstärkung der Kabelanlage gemessen wird. Ein Verfahren, durch welches das RAD-Referenzsignal alle drei Funktionen durchführen kann, besteht darin, wenn das RAD-Referenzsignal ein amplitudenmoduliertes (AM – amplitude modulated) Signal ist.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird jeder RAD in einem System ihre eigene eindeutige Adresse zugewiesen. In der Realität ist es nur erforderlich, dass jede RAD, die ein gemeinsames RAD-Referenzsignal überwachen soll, eine eindeutige Adresse hat und deswegen können die Adressen über das System hinweg wiederholt werden. Bei der flexibelsten Gestaltung sind auch die Adressen der RADs von dem Kopfende 40 aus der Entfernung programmierbar, aber die Adresse kann auch fest in der Hardware sein. Das RAD-Signalisierungsformat kann ein standardmäßiges Signalisierungsformat verwenden, in dem jede RAD das RAD-Referenzsignal auf ihre eigene Adresse hin überwacht. Wenn die auf dem RAD-Referenzsignal übertragene Adresse der RAD-Adresse oder einer allgemeinen Adresse entspricht, deco diert die RAD die darauf folgende Meldung und reagiert darauf, wenn erforderlich. Wenn die Adresse nicht der RAD-Adresse oder einer allgemeinen Adresse entspricht, ignoriert die RAD einfach die darauf folgende Meldung, fährt aber fort, das RAD-Referenzsignal zu überwachen. Die von dem RAD-Referenzsignal erforderliche erwartete Signalrate beträgt nur etwa 300 Bit pro Sekunde (bps), aber eine standardmäßige Modem-Rate von 9.6 kilobps (kbps) oder 19.2 kilobps kann einfach verwendet werden.
Die zweite Verwendung des RAD-Referenzsignals ist als eine Frequenzreferenz für den PLL (Phasenregelkreis) in der RAD. Das RAD-Referenzsignal wird auch als eine Frequenzreferenz für den RAD-Takt verwendet, um den Datentransfer zu synchronisieren. Als ein AM-moduliertes Signal bleibt die Frequenz des Signals über die Zeit konstant und das Signal kann fast direkt als eine Referenz verwendet werden. Zusätzlich sollte, um eine Verzerrung der Amplituden- und Phasenmodulation zu vermeiden, die verwendete Modulation ziemlich schnell sein und keinen Gleichanteil (DC-Inhalt) haben. Modulationstechniken, wie eine Hilfsphasen-Modulation (split-phase modulation) oder eine Manchester-Modulation, die „M"-förmige spektrale Dichten liefern, können verwendet werden, so dass sich die Verzerrung nicht nahe bei dem Träger befindet.
Die dritte Verwendung des RAD-Referenzsignals besteht darin, die Verstärkung der Kabelanlage zwischen dem Kopfende 40 und jeder RAD zu schätzen. Das amplitudenmodulierte Signal kann als eine Amplitudenreferenz verwendet werden, wenn das Modulationsschema sorgfältig gestaltet wird. Zum Beispiel sollte der AM-Modulationsindex relativ niedrig gehalten werden. Die übertragenen digitalen Daten sollten eine gleiche Anzahl von logischen 1 und 0 über relativ kurze Intervalle enthalten. Es ist auch erforderlich, dass die RADs die Leistung des RAD-Referenzsignals im Durchschnitt über eine gewisse Zeitspanne ermitteln.
Wie in dem Hintergrund-Abschnitt oben erwähnt wurde, ist die Leistung des gesamten Vorwärtsverbindungs-CDMA-Signals, das stromabwärts auf der Kabelanlage übertragen wird, eine Funktion der Anzahl und relativen Leistung der Signale, die kombiniert werden, um das zusammengesetzte Vorwärtsverbindungssignal zu erzeugen. Wegen der oben angeführten Gründe ist es auch wichtig, dass die von jeder RAD übertragene relative Leistung richtig gesteuert wird, so dass die Hand-Over-Grenzen zwischen den RADs richtig abgeglichen bleiben. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Verstärkungssignal, das eine geeignete zusammengesetzte Signalstärke anzeigt, wird detailliert beschrieben in U.S. Patent Nr. 5,715,526 mit dem Titel „Apparatus and Method for Controlling Transmission Power in a Cellular Communications System", das dem Anmelder der vorliegenden Erfindung erteilt wurde.
Jeder Sektor in dem System hat eine unabhängige zusammengesetzte Signalstärke basierend auf der Anzahl und relativen Signalstärke jedes Signals, das er überträgt. Jedes ein Signal erzeugende Modulationselement in den digitalen Baugruppen 402 gibt ein digitales Signal aus, das zu den anderen Anzeigen hinzugefügt wird, die von den Modulationselementen ausgegeben werden, die ein Signal für denselben Sektor erzeugen. Auf diese Weise zeigt eine zusammengesetzte Sendepegelanzeige, die gemäß dem oben erwähnten U.S. Patent Nr. 5,715,526 erzeugt werden kann, die zusammengesetzte Signalstärke jedes Sektorsignals an, das die Modem-Bank 400 erzeugt.
Gleichzeitig wird das RAD-Referenzsignal zu jeder Zeit durch das Kopfende 40 mit einem festen Pegel übertragen, unabhängig von der gewünschten Ausgabeleistung. Das RAD-Referenzsignal kann als eine grobe Schätzung der Verstärkung der Kabelanlage verwendet werden. Unter Bezugnahme wiederum auf 3, wird, wenn die RAD Leistung ausstrahlt, die ausgegebene Leistung von der Leistungs-Erfassungsvorrichtung 90 erfasst und zurück an den RAD-Mikroprozessor 88 berichtet. Der RAD-Mikroprozessor 88 vergleicht den gemessenen Sendeleistungspegel mit dem in digitaler Form angezeigten Pegel, der in der digitalen Information mit dem RAD-Referenzsignal empfangen wurde. Aus dem Vergleich wird ein resultierendes Differenzsignal erzeugt, das den Betrag darstellt, mit dem die Ausgabeleis tung verringert oder erhöht werden soll. Diese Leistungsregelung wird mit einer ersten Zeitkonstante konsistent mit der Geschwindigkeit ausgeführt, mit der die Befehle zur Leistungssteuerung von dem Kopfende 40 über das RAD-Referenzsignal empfangen werden. Es ist zu beachten, dass jede RAD, die das diesem Sektor entsprechende Signal ausstrahlt, dieselbe Leistungsanzeige in der digitalen Information auf dem RAD-Referenzsignal empfängt. Da es das Ziel der Leistungsregelungen ist, die Ausgabeleistung innerhalb von +/–1 dB des gewünschten Ausgabepegels zu halten, muss der erste Regelkreis eventuell sehr langsam arbeiten, um genau die gewünschte Ausgabeleistung zu liefern.
Wenn der RAD-Mikroprozessor 88 die erste Leistungsregelung ausführt, überwacht er gleichzeitig auch den absoluten Pegel des RAD-Referenzsignals. Es ist zu beachten, dass die Verstärkung zwischen jeder RAD und dem Kopfende 40 verschieden ist und etwas unabhängig dahingehend, dass jede RAD einen eigenen Weg zu dem Kopfende 40 hat, der anders als ist als der jeder anderen RAD. Ohne den zweiten Regelkreis würde sich, wenn sich die Bedingungen zwischen dem Kopfende 40 und der RAD ändern, die Ausgabeleistung der RAD ebenfalls ändern, bis die erste Leistungsregelung den Pegel zurück auf den gewünschten Pegel bringen kann.
Jedoch verwenden die RADs eine zweite Leistungsregelung, um Änderungen in der Verstärkung der Kabelanlage zu kompensieren. Der RAD-Referenzsignalprozessor 84 überwacht den absoluten Pegel des RAD-Referenzsignals und vergleicht ihn mit einer festen Referenz. Das Ergebnis des zweiten Vergleichs wird zu dem Ergebnis des Vergleichs der ersten Leistungsregelung hinzugefügt. Das summierte Signal wird an die Verstärkungssteuerung 72 ausgegeben, welche die Ausgabeleistung der RAD festsetzt. Somit ändert sich, wenn sich die Verstärkung der Kabelanlage ändert, auch die Verstärkung der RAD demgemäß.
In anderen Ausführungsbeispielen kann nur eine der vorherigen Verfahren zur Leistungssteuerung implementiert werden. Derartige Modifikationen befinden sich in dem Rahmen der vorliegenden Erfindung.
Aus der vorherigen Beschreibung der Vorwärtsverbindungs-Leistungssteuerung ist offensichtlich, dass, je besser das RAD-Referenzsignal die tatsächliche Verstärkung oder die Veränderung in der Verstärkung der Kabelanlage darstellt, desto präziser arbeitet die Stromaufwärts-Leistungssteuerung. In der Kabelanlage können die Veränderungen in der Verstärkung über die Zeit eine signifikante Frequenzabhängigkeit haben. Deswegen ist, je größer der Frequenzversatz zwischen dem Sektorsignal und dem entsprechenden RAD-Referenzsignal ist, die Korrelation der Veränderungen in der Verstärkung des Sektorsignals zu den Veränderungen in der Verstärkung des RAD-Referenzsignals umso geringer. Unter Bezugnahme wiederum auf 9A kann zum Beispiel die Amplitude des gezeigten RAD-Referenzsignals eine gute Anzeige der Amplitude von Sektor 3 liefern, während sie eine weniger genaue Schätzung der Amplitude von Sektor 1 liefert.
Ein weiterer Faktor, der aus einer Betrachtung von 9A offensichtlich wird, ist, dass das RAD-Referenzsignal selbst eine Bandbreite besetzt, die für andere Zwecke verwendet werden könnte, wie für ein anderes Sektorsignal oder ein TV-Signal.
Ein Verfahren, um die Amplituden-Charakteristiken des RAD-Referenzsignals und des Sektorsignals näher zusammenzukoppeln, ist, das RAD-Referenzsignal auf einer Frequenz innerhalb der CDMA-Sektorsignal-Bandbreite von 1.25 MHz zu senden. 11 zeigt ein Szenario, in dem das RAD-Referenzsignal im Zentrum des CDMA-Sektorsignals platziert wird. Das Vorhandensein des RAD-Referenzsignals in der CDMA-Wellenform beeinflusst nicht weiter die Leistung des Systems. Die PN-Spreiz-Sequenz, die in der entfernten Einheit zum Demodulieren des Sektorsignals verwendet wird, liefert an sich eine signifikante Codierverstärkung für das CDMA-Signal relativ zu der „Störer"-Energie des RAD-Referenzsignals.
Ein Platzieren des RAD-Referenzsignals im Zentrum des CDMA-Sektorsignals kann zusätzliche Vorteile haben gegenüber einem Platzieren des RAD-Referenzsignals sonstwo in dem Sektorsignal. In den entfernten Einheiten wird die CDMA-Wellenform derart in ein Basisband umgewandelt, dass die Mittenfrequenz (center frequency) des HF-Signals einem Gleichanteil (D. C.-Wert) in dem Basisband entspricht. Der D. C.-Wert der analogen CDMA-Wellenform wird von analogen Schaltungen blockiert, bevor er digital umgewandelt wird, wodurch er einen zusätzlichen Zurückweisungsmechanismus für eine Signal mit dieser Frequenz liefert.
Eine ähnliche Technik könnte für das Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal verwendet werden. Jedoch ist diese Lösung auf der Stromaufwärtsverbindung weniger elegant, da die Anzahl der Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignale für jeden Sektor ziemlich hoch sein kann, wodurch die Anzahl der Störungen proportional erhöht wird.
Wie oben angemerkt, ist die Funkfrequenz(R. F. – radio frequency)Umgebung der Kabelanlage besonders „feindselig". Die Kabelanlage ist sehr anfällig für eindringende Signale, die sich wahrscheinlich mit der Zeit entwickeln und verändern. Wie ebenfalls oben angemerkt, sind die Eigenschaften der CDMA-Wellenform an sich vor einer Schmalbandstörung geschützt. Deswegen kann, wenn sich ein Schmalbandstörer in dem Spektrum der Stromaufwärts-Sektorsignale entwickelt, die Systemleistung etwas verschlechtert werden. Jedoch existiert in den CDMA-Schaltungen kein wirklicher Mechanismus, um die Ursache der Verschlechterung zu erfassen.
Der „Eindringen"-Prozessor 416 von 10 führt diese Funktion durch. Der „Eindringen"-Prozessor 416 untersucht das gesamte verwendbare Spektrum in Schmalband-Stufen, um eine Datenbank der Orte von Störern zu erstellen. Zum Beispiel tastet der „Eindringen"-Prozessor 416 ein 125 kHz-Teil eines Spektrums über ein Intervall von 10 Millisekunden (msec) ab. Wenn die in dieser Bandbreite beobachtete Energie die der CDMA-Wellenform zuzu schreibende Energie übersteigt (die aufgrund der Breitband-Eigenschaft des CDMA-Signals und der Schmalband-Eigenschaft der Messung relativ gering ist), registriert der „Eindringen"-Prozessor 416 einen „Störer" auf dieser Frequenz. Wenn die Summe der Störer-Energie in einem der Sektorsignale einen Schwellenwert übersteigt, kann das Sektorsignal auf eine andere Frequenz verschoben werden. Die neue Frequenz kann derart hinsichtlich der in dem „Eindringen"-Prozessor 416 gespeicherten Datenbank von Störern gewählt werden, dass das sauberste mögliche Spektrum verwendet wird.
Der Übergang zu der neuen Frequenz kann einfach ohne Unterbrechung der Kommunikation zwischen der RAD und dem Kopfende erreicht werden. Der Satz von RADs, die Signale in der infizierten Bandbreite liefern, werden über das RAD-Referenzsignal benachrichtigt, das Signal auf einer neuen Frequenz zu liefern. Zum Beispiel können in 4 entweder PLL 112 oder PLL 138 oder beide auf eine neue Frequenz umprogrammiert werden. Am Kopfende 40 wird eine einer dualen Bank von Abwärtswandlern 410A–410N angewiesen, mit der Verarbeitung der an der neuen Frequenz ankommenden Signale zu beginnen. Es ist zu beachten, dass dieser gesamte Vorgang automatisch ohne jegliches menschliches Eingreifen stattfinden kann.
Das gerade beschriebene System ist sehr vorteilhaft hinsichtlich seiner Flexibilität. Wenn das System das erste Mal eingesetzt wird, ist die Anzahl der Benutzer relativ gering. Bei einem solchen ersten Einsatz kann das Kopfende 40 einen einzigen Sektor von Ressourcen aufweisen, d. h. dass jede RAD in dem System denselben Satz von Signalen liefert. Entfernte Einheiten können sich durch das gesamte System bewegen, ohne dass ein Hand-Over durchgeführt wird.
Wenn die Anzahl der entfernten Benutzer zunimmt, können zusätzliche Ressourcen zur Bereitstellung eines zusätzlichen Sektors an der Basisstation hinzugefügt werden. Zum Beispiel erfordert ein neuer Sektor zusätzliche digitale Baugruppen und kann zusätzliche Aufwärtswandler und Abwärtswandler erfordern. Wenn die neuen Schaltungen der Basisstation am Platz sind, kann eine Anzahl von RADs von dem Kopfende programmiert werden, als das neue Sektorsignal zu arbeiten. Wenn die Anzahl der entfernten Einheiten weiter zunimmt, werden zusätzliche Ressourcen an der Basisstation hinzugefügt und mehr RADs werden aus der Entfernung programmiert. Es ist zu beachten, dass das Hinzufügen der neuen Sektoren keine Veränderungen der physikalischen RADs erfordert. Die erforderliche Programmierung wird durch die Basisstation aus der Entfernung ausgeführt. Somit kann, zusätzlich zu den geringen Anfangskosten, die zur Implementierung eines Systems erforderlich sind, das System langsam, einfach und kostengünstig erweitert werden.
Die Einfachheit, mit der die RADs umprogrammiert werden können, um als ein neuer Sektor zu arbeiten, kann auch als ein Vorteil angesehen werden, wenn sich die Anforderungen des Systems verändern. Zum Beispiel wird angenommen, dass ein normaler städtischer Bereich von einer Serie von 5 RADs abgedeckt ist, von denen alle denselben Satz von Signalen als verteilte Antennen eines gemeinsamen Sektors übertragen. In dem von der Serie von 5 RADs abgedeckten kleinen Bereich verdreifacht sich plötzlich die Menge der entfernten Einheiten, die das System zu benutzen versuchen, aufgrund eines unerwarteten Ereignisses, wie einem Autounfall, der einen Verkehrsstau verursacht. Die Basisstation erkennt die Tatsache, dass die Anzahl von Versuchen, über den entsprechenden Sektor auf das System zuzugreifen, dramatisch zugenommen hat. Die Basisstation kann eine oder mehrere der 5 RADs umprogrammieren, um die Arbeit als neuer Sektor zu beginnen, wodurch die gesamte Anzahl von gleichzeitigen Telefonanrufen, die in dem Gebiet bedient werden kann, erhöht wird. In dem extremsten Fall kann jede der 5 RADs ein eigener Sektor werden. Die Basisstation kann dies fast sofort ohne die Hilfe eines menschlichen Eingreifens durchführen.
Das Merkmal der Flexibilität, das für die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen makrozellulären System ziemlich einzigartig ist, liefert grenzenlose Möglichkeiten. Ein weiteres Beispiel einer Verwendung wäre für Gebiete sporadischer Benutzung. Zum Beispiel kann ein Sportstadium mehrere Male in der Woche für mehrere Stunden voll gefüllt sein, aber die restlichen Stunden fast menschenleer sein. In herkömmlichen festen Systemen würden, wenn ausreichende Ressourcen zur Bedienung aller entfernten Einheiten während der Sportereignisse bereitgestellt würden, die Ressourcen während der meisten Zeit ungenutzt bleiben. In den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung jedoch können die Ressourcen den Stadiumsbereichen zugewiesen werden, wenn sie gebraucht werden, und im übrigen System verwendet werden, wenn sie nicht in dem Stadium verwendet werden, wodurch die Kosten des Systems verringert werden und die effektive Kapazität erhöht wird. Die Zuweisung kann an dem Kopfende in Anbetracht der bekannten und erwarteten Ereignisse vorprogrammiert werden oder dieselbe automatische Reaktion auf die Zunahme des Verkehrs kann verwendet werden, wie sie in dem obigen Fall des Auto-Szenarios verwendet wird.
Es gibt eine Vielfalt von Modifikationen innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung. Wie zum Beispiel oben angemerkt, kann der ZF-Prozessor 70 in 3 ein festes Verzögerungselement aufweisen, um die notwendig Verzögerung zur Erzeugung von Diversitäts-Signalen zu liefern, die in den entfernten Einheiten getrennt moduliert werden können. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann mehr als eine Version eines Sektorsignals über die Stromabwärtsverbindung der Kabelanlage übertragen werden. Die Versionen können in dem Kopfende-Prozessor oder woanders in dem System verzögert werden, und die verschiedenen RADs, die verteilte Elemente einer gemeinsamen verteilten Antenne darstellen, können die unterschiedlichen Versionen mit den verschiedenen Verzögerungen übertragen, statt ihre eigenen Verzögerungen zu liefern.
Ein weiterer Weg, eine höhere Signalsendekapazität auf der Stromaufwärtsverbindung bereitzustellen, besteht darin, einen Mechanismus einer Frequenzumwandlung in den Faserknoten 20A–20I vorzusehen. Auf der Verbindung von den RADs zu den Faserknoten ist die Stromaufwärts-Bandbreite des Systems auf den Bereich von 5–40 MHz begrenzt und die Stromab wärts-Bandbreite des Systems auf den Bereich von 54 MHz bis 700 MHz begrenzt. Das optische Netz kann Signale tatsächlich über eine viel größere Bandbreite, wie 200 MHz, übertragen. Jeder Faserknoten kann einen gemeinsamen Satz von Frequenzen verwenden, um das Stromaufwärts-Signal von den RADs zu dem Faserknoten zu übertragen. Die Faserknoten können das Stromaufwärts-Signal auf einen Satz von Frequenzen über der Betriebsfrequenz der Stromabwärtsverbindung frequenzmultiplexen, um das Signal über das optische Netz zu den „optische-in-elektrische Signale"-Wandlern 18A–18I zu übertragen. Die „optische-in-elektrische Signale"-Wandler 18A–18I können entweder die Signale abwärtswandeln, bevor sie sie an die Basisstation 44 liefern, oder die duale Bank von Abwärtswandlern 410A–410N kann die erforderliche Abwärtswandlung durchführen.
Bei der Implementierung der ersten Generation der vorliegenden Erfindung kann es finanziell am vorteilhaftesten sein, die Schaltungen an dem Kopfende 40 aus den in makrozellulären Systemen verwendeten vorhandenen Schaltungen zu bauen. Eine typische makrozelluläre Basisstation für einen festen Ort besteht aus drei unterschiedlichen Sektoren. Ein weicherer Hand-Over/Kombination wird für einen Hand-Over zwischen den drei Sektoren einer gemeinsamen Basisstation ausgeführt und der weiche Hand-Over/Auswahl wird für einen Hand-Over zwischen einem der Sektoren und einem Sektor einer anderen Basisstation verwendet. Um vorhandene Einrichtungen zu verwenden, kann die Architektur des Kopfendes in Dreifach-Sektor-Sätzen implementiert werden. Ein Hand-Over zwischen den Sektoren eines Dreifach-Sektor-Satzes wäre ein weicherer Hand-Over, während ein Hand-Over zwischen Sektoren von ungekoppelten Sektor-Dreiersätzen ein weicher Hand-Over wäre. Die vorteilhafteste Implementierung eines derartigen Systems würde die RADs in physikalischer Nähe zueinander programmieren, um den drei Sektoren eines Dreifach-Sektor-Satzes zu entsprechen, um im gesamten System die Anzahl weicherer Hand-Over zu erhöhen und die Anzahl weicher Hand-Over zu verringern. Somit werden die Flexibilität und andere Vorteile des Systems beibehalten, während die anfänglichen Kosten der Implementierung des Systems weiter verringert werden.
Es gibt viele offensichtliche Variationen zu der beschriebenen vorliegenden Erfindung, einschließlich einfacher Veränderungen der Architektur. Die vorausgehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele dient dazu, dass Fachleute die vorliegende Erfindung herstellen oder verwenden können. Die verschiedenen Modifikationen dieser Ausführungsbeispiele sind für Fachleute leicht ersichtlich und die hier definierten generischen Prinzipien können ohne die Verwendung von Erfindergabe auf andere Ausführungsbeispiele angewendet werden. Somit soll die vorliegende Erfindung nicht auf die hier gezeigten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll dem weitesten Rahmen, wie von den Ansprüchen definiert, entsprechen.

Claims

Vorrichtung zum Vorsehen eines Kommunikationsabdeckbereichs über ein Kommunikationssystem hinweg, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: eine Reihe oder Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A–50I), beabstandet entlang eines Kabels (2), wobei jede der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A–50I) einen Kabeleingang (60), einen Kabelausgang (150), einen drahtlosen Eingang (100, 126) und einen drahtlosen Ausgang (80) aufweist, und wobei jede der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A–50I) Eingangs-Vorwärtsverbindungs-Kommunikationssignale von dem Kabel (2) über den Kabeleingang (60) erhält und jede der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A–50I) Ausgangs-Vorwärtsverbindungs-Kommunikationssignale über den drahtlosen Ausgang (80) liefert, wobei ferner jede der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A–50I) Eingangs-Rückwärtsverbindungs-Kommunikationssignale über den drahtlosen Eingang (100, 126) empfängt und jede der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A–50I) Ausgangs-Rückwärtsverbindungs-Kommunikationssignale über den Kabelausgang (150) liefert; dadurch gekennzeichnet, dass: das Kommunikationssystem eine Kabelfernsehanlage (40) aufweist; die Vorrichtung einen Kopfende-Prozessor (430) aufweist, gekoppelt mit dem Kabel (2), wobei der Kopfende-Prozessor (430) eine Basisstation (44) besitzt, die einen Satz von Demodulationselementen (204A–204N) aufweist, programmierbar gekoppelt mit mindestens einer aus einer Vielzahl von den Serien von Funkantennenvorrichtungen (50A–50I); jede der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A–50I) ein Funkantennenvorrichtungs-Referenzsignal von dem Kabel über den Kabeleingang (60) empfängt; jede der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A–50I) ein Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignal über den Kabelausgang (150) liefert; wobei dann, wenn zwei erste der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A–50I) ein gemeinsames Vorwärtsverbindungs-Kommunikationssignal ü bertragen, die ersten zwei der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A–50I) als Knoten einer verteilten Antenne arbeiten; wobei dann, wenn die zwei ersten der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A–50I) unterschiedliche Vorwärtsverbindungs-Kommunikationssignale übertragen, die zwei ersten der Serie Funkantennenvorrichtungen (50A–50I) als Sektoren des Kommunikationssystems arbeiten; und wobei das Funkantennenvorrichtungs-Referenzsignal eine Steuerung vorsieht, ob die zwei ersten der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A–50I) als Knoten oder als Sektoren arbeiten.
Verfahren zum Vorsehen eines Kommunikationsabdeckbereichs über ein Kommunikationssystem hinweg, wobei folgendes vorgesehen ist: eine Kabelfernsehanlage (40), eine Reihe oder Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A bis 50I), beabstandet entlang eines Kabels (2), wobei jede der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A bis 50I) einen Kabeleingang (60) und einen Kabelausgang (150) und einen drahtlosen Eingang (100, 126) und einen drahtlosen Ausgang (80) aufweist, und ein Kopfende-Prozessor (430), der mit dem Kabel (2) gekoppelt ist und eine Basisstation (44) aufweist, die einen Satz von Demodulationselementen (204A bis 204N) aufweist, programmierbar gekoppelt mit mindestens einer aus einer Vielzahl von den Serien von Funkantennenvorrichtungen (50A bis 50I), wobei das Verfahren folgendes aufweist: Empfangen von Eingangs-Vorwärtsverbindungs-Kommunikationssignalen an jeder der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A bis 50I) von dem Kabel (2) über den Kabeleingang (60); Vorsehen von Ausgangs-Vorwärtsverbindungs-Kommunikationssignalen von jeder der Serie der Funkantennenvorrichtungen (50A bis 50I) über den drahtlosen Ausgang (80); Empfangen von Eingangs-Rückwärtsverbindungs-Kommunikationssignalen an jeder der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A bis 50I) über den drahtlosen Eingang (100, 126); und Vorsehen von Ausgangs-Rückwärtsverbindungs-Kommunikationssignalen von jeder der Serie der Funkantennenvorrichtungen (50a bis 50I) über den Kabeleingang (150), gekennzeichnet durch: Empfangen eines Funkantennenvorrichtungs-Referenzsignals von dem Kabel (2) über den Kabeleingang (60) an jeder der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A bis 50I); Liefern eines Stromaufwärts-Verstärkungs-Referenzsignals von jeder der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A bis 50I) über den Kabelausgang (150), Betreiben zwei erster der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A bis 50I) als Knoten einer verteilten Antenne, wenn die zwei ersten (50A bis 50I) der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A bis 50I) ein gemeinsames Vorwärtsverbindungs-Kommunikationssignal übertragen; Betreiben der zwei ersten der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A bis 50I) als Sektoren des Kommunikationssystems, wenn die zwei ersten (50A bis 50I) der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A bis 50I) unterschiedliche Vorwärtsverbindungs-Kommunikationssignale übertragen; und Steuern der zwei ersten der Serie von Funkantennenvorrichtungen (50A bis 50I) als Knoten oder Sektoren durch das Funkantennenvorrichtungs-Referenzsignal.