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1. (WO1998053558) METHOD AND DEVICE FOR ADJUSTING TRANSMITTER POWER FOR LINKING A BASE STATION AND A MOBILE STATION IN A RADIO COMMUNICATION SYSTEM
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Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Sendeleistungsregelung für Verbindungen zwischen einer Basisstation und Mobilstationen ei-nes Funk-Kommunikationssystems

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sendeleistungsregelung für Verbindungen zwischen einer Basis-Station und Mobilstationen eines Funk-Kommunikationssystems, beispielsweise eines digitalen Mobilfunknetzes.

Funk-Kommunikationssysteme dienen der Übertragung von Teilnehmersignalen über eine Funkschnittstelle mit Hilfe von hochfrequenten Schwingungen. Solche Funk-Kommunikationssy-steme sind beispielsweise Mobilfunknetze oder Einrichtungen zur drahtlosen Teilnehmeranbindung an ein Festnetz. Die Teilnehmersignale verschiedener Teilnehmer, also Mobilstationen, werden über eine gemeinsame Funkschnittstelle übertragen. Man spricht dabei von einem Mehrteilnehmer-Nachrichtenübertra-gungssystem. Zur Separierung der Teilnehmer, also der unterschiedlichen Verbindungen zwischen Mobilstationen und einer Basisstation, können Zeitmultiplex- , Frequenzmultiplex- oder Codemultiplexverfahren verwendet werden. Es ist ebenso möglich, diese Verfahren zur kombinieren.

Im folgenden wird ein Funk-Kommunikationssystem betrachtet, bei dem gleichzeitig in einem Frequenzkanal eine Übertragung von Informationen zu mehreren Mobilstationen erfolgt. Diese Verbindungen sind also nicht durch ein Zeitmultiplex und nicht durch ein Frequenzmultiplexverfahren separierbar. Die Übertragung von den Mobilstationen zur Basisstation wird als Aufwärtsrichtung und die Übertragung von der Basisstation zu den Mobilstationen als Abwärtsrichtung bezeichnet.

Die Empfangseinrichtungen der Basisstation bzw. der Mobilstationen müssen die gleichzeitig in einem Frequenzkanal übertragenen Informationen mehrerer Verbindungen auswerten. Hier- bei tritt das Problem auf, daß bei konstanter Sendeleistung durch die unterschiedlichen Entfernungen zwischen empfangenden und sendenden Funkstationen die Empfangsleistungen der verschiedenen Verbindungen stark variieren. Insbesondere die Empfangseinrichtungen, bei denen die Empfangsleistung ihrer Verbindung klein gegenüber den übrigen Empfangsieistungen ist, können eine Datendetektion nur unter großen Schwierigkeiten vornehmen.

Es ist bekannt, zur Überwindung dieses Problems eine Sendeleistungsregelung in Funk-Kommunikationssystemen einzuführen. So ist es beispielsweise aus dem GSM-Mobilfunknetz (Global System for Mobile Communication) bekannt, sowohl in Aufwärts-richtung, als auch in Abwärtsrichtung die Sendeleistung der-artig einzustellen, daß in der Empfangeinrichtung eine ausreichende Empfangsleistung für die jeweilige Verbindung zur Verfügung steht. Beim GSM-Mobilfunknetz werden jedoch in einem Frequenzkanal und zu einem Zeitpunkt nur Informationen einer einzigen Verbindung übertragen. Insoweit tritt das Problem der gemeinsamen Ausregelung der Sendeleistungen für mehrere Verbindungen nicht auf .

Auch bei CDMA (Code Division Multiple Access) Mobilfunksystemen, beispielsweise nach dem Mobilfunkstandard IS-95, wird eine Sendeleistungsregelung durchgeführt. Hierbei werden die Sendeleistungen der Mobilstationen für die Übertragung in Aufwärtsrichtung derartig eingestellt, daß bei der Empfangseinrichtung der Basisstation für die Informationen aller Verbindungen konstante Empfangsleistungen vorliegen. Dazu findet in der Basisstation eine Bestimmung des Signal/Rauschverhältnisses für jede Verbindung statt. Die Meßergebnisse werden den Mobilstationen signalisiert, worauf diese ihre Sendeleistungen einstellen. Eine Sendeleistungsregelung für die Abwärtsstrecke ist nicht vorgesehen.

Die Empfangseinrichtungen der Mobilstationen müssen die Informationen nur für ihre eigene Verbindung auswerten. Aus diesem Grunde sind die Anforderungen an die Güte der Auflösung beim Empfang geringer. Steigt jedoch die Anzahl der Mobilstationen im Funkbereich einer Basisstation, so nimmt auch die Anzahl der Verbindungen zwischen Mobilstationen und der Basisstation zu, so daß die Summe der Einflüsse der übrigen Verbindungen gegenüber der Empfangsleistung der eigenen Verbindung bei der Empfangseinrichtung einer Mobilstation größer wird. Die Mobilstation wird zunehmend empfindlicher gegenüber Empfangsleistungsschwankungen der eigenen Verbin-düng.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für Verbindungen von einer Basisstation zu Mobilstationen ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Sende-leistungsregelung anzugeben. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und die Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 13 gelöst . Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen .

Erfindungsgemäß wird für das Verfahren zur Sendeleistungs-regelung für Verbindungen zwischen Mobilstationen und einer Basisstation eines Funk-Kommunikationssystem ein Dynamikbereich für den entsprechenden Frequenzkanal festgelegt. Wei-terhin werden Empfangsleistungen bei zumindest zwei Mobil-Stationen in Abwärtsrichtung bestimmt. Daraufhin werden für die Basisstation unter Berücksichtigung der bestimmten Empfangsleistungen mobilstationsindividuelle Sendeleistungen bestimmt, wobei die kleinste Sendeleistung zumindest gleich der größten Sendeleistung verringert um den Dynamikbereich ist.

Durch die Sendeleistungsregelung in Abwärtsrichtung wird das Interferenzniveau in der Funkzelle verringert und die all-gemeine Übertragungsqualität im Funk-Kommunikationssystem verbessert. Mit der Einstellung der kleinsten Sendeleistung ist die Differenz zwischen der größten und kleinsten Sende- leistung für Verbindungen, die gleichzeitig in einem Frequenzkanal übertragen werden, nie größer als der Dynamikbereich. Selbst wenn der Dynamikbereich sehr groß gewählt wird, beispielsweise die Differenz der größten und kleinsten vorgesehenen Sendeleistungen ausmacht, und somit für die untere Begrenzung der Sendeleistungen kaum ins Gewicht fällt, kann durch Berücksichtigung der Einflüsse der übrigen Verbindungen eine Sendeleistungsregelung in Abwärtsrichtung gewährleistet werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird aus den bestimmten Empfangsleistungen die kleinste Empfangsleistung ermittelt und daraus eine korrespondierende größte Sendeleistung in Abwärtsrichtung berechnet. Die größte Sendeleistung garan-tiert dabei eine ausreichende Übertragungsqualität für diese Verbindung. Damit ist eine leichte Bestimmung der einzelnen Sendeleistungen möglich, wobei außer den Empfangsleistungen auch andere Qualitätskriterien für eine Verbindung (beispielsweise die Bildfehlerrate, die Signallaufzeit, das
Interferenzniveau in der Funkzelle usw.) berücksichtigt werden können.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die gleichzeitige Übertragung von Informationen zu mehreren Mo-bilstationen in einem durch einen Zeitschlitz gebildeten Zeitkanal des Frequenzkanals, wobei Informationen anhand einer teilnehmerspezifischen Feinstruktur unterscheidbar sind. Die Informationen werden beispielsweise anhand eines teilnehmerspezifischen Codes, mit denen die Informationen gespreizt werden oder anhand von teilnehmerspezifischen
Trainingssequenzen, die in die Informationen eingebettet werden, separiert.

Besonders vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt, wenn im Funk-Kommunikationssystem empfangsseitig ein JD (Joint Detection) -CDMA-Verfahren zur Detektion der Information verschiedener Verbindungen zum Einsatz kommt. In diesem Fall werden in der Empfangseinrichtung, beispielsweise in den Mobilstationen, nicht nur die Informationen der eigenen Verbindung ausgewertet, sondern unter Kenntnis der teilnehmerspezifischen Feinstruktur anderer Verbindungen wird deren störender Einfluß auf die Informationen der eigenen Verbindungen verringert. Funk-KommunikationsSysteme mit diesem Detektionsverfahren sind weniger störanfällig, so daß geringe Abweichungen zwischen den Empfangsleistungen verschiedener Verbindungen weniger ins Gewicht fallen. Auch bei kleineren Signal/Rausch-Abstand kann die Datendetektion noch erfolgreich ausgeführt werden. Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der Mobilstation für die JD-CDMA-Detektion auch die Sendeleistungen und/oder Dämpfungen der übrigen Verbindungen von der Basisstation signalisiert werden und diese Angaben bei der Detektion verwertet werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Dynamikbereich funkzellenabhängig einstellbar. Damit kann den spezifischen Anforderungen einer Funkzelle oder eines Über-tragungsverfahrens entsprochen werden. So kann in einem ländlichen Gebiet mit großer Ausdehnung der Funkzelle ein größerer Dynamikbereich festgelegt werden, als in städtischen Gebieten mit verstärkt auftretendem Mehrwegausbreitung und kürzeren Entfernungen zwischen Mobilstationen und der Basissta-tion.

Weiterhin ist es vorteilhaft, einer Mobilstation eine Dynamikklasse zuzuordnen, die ein oder mehrere Dynamikbereiche bezeichnet. Die Dynamikklassen der Mobilstationen eines Fre-quenzkanals werden netzseitig gespeichert und ausgewertet. Die Dyna ikklasse kann auch aus anderen mobilstationstypi-schen Angaben, wie z.B. eine Produktnummer oder eine Zulassungsnummer abgeleitet werden. Bei dem für die Sendeleistungsbestimmung zu wählenden Dynamikbereich kann somit für jede Mobilstation ein individueller Wert benutzt werden.

Damit ist es möglich, bei der Festlegung des Dynamikbereiches für eine Funkzelle die Leistungsfähigkeit der Mobilstationen bezüglich ihrer Datendetektion unter Einfluß der übrigen Verbindungen zu berücksichtigen. Je störresistenter eine Mobil-Station ist, um so größer kann der Dynamikbereich für die Funkzelle festgelegt werden.

Vorteilhafterweise werden die Mobilstationen mit gleichen oder ähnlichen Dämpfungen einem gemeinsamen Frequenzkanal zu-geordnet. So ist möglich, beispielsweise in einem Zeit/Frequenzkanal die Mobilstationen mit einer kleinen Dämpfung zusammenzufassen und in einem anderen Zeitschlitz des Fre-quenzkanalε Mobilstationen mit einer großen Dämpfungbereich. Die Dämpfungen können folglich schon bei der Zuteilung von funktechnischen Ressourcen zu den Mobilstationen berücksichtigt werden.

Die Sendeleistungsregelung wird vorteilhafterweise wiederholt durchgeführt, wobei die Abstände zwischen den Neubestimmungen in etwa zwischen 100 ms und 1 s liegen. Diese Abstände sind abhängig von den Veränderungen der Übertragungsbedingungen zwischen den Mobilstationen und der Basisstation. Ist die Änderungsgeschwindigkeit groß, so muß die Sendeleistungsregelung in kurzen Abständen wiederholt werden. Die Änderungsge-schwindigkeit wird beispielsweise durch die Größe der Änderungen der Empfangspegel dokumentiert .

Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die Empfangsleistungen in den Mobilstationen gemessen und anschließend jeweils in einer Reportmeldung an die Basisstation übermittelt. Die Reportmeldung wird vorteilhafterweise in einem Kontrollkanal übermittelt, der einem Nutzdatenkanal zugeordnet ist. Es handelt sich dabei um einen sogenannten assoziierten Kontrollkanal, der parallel zu einem Nutzdatenkanal zwischen Basisstationen und Mobilstationen unterhalten wird. Vorteilhaf erweise werden die Meßwerte für die Empfangslei- stungsbeStimmungen von der Mobilstation gemittelt, um den Einfluß kurzzeitiger Störungen zu verringern.

Um den Berechnungsaufwand für die Sendeleistungsregelung zu verringern, werden die Sendeleistungen vorteilhafterweise nach diskreten Stufen verringert oder vergrößert . Damit können diskrete Sendeleistungsstufen eingeführt werden, deren Werte netzseitig einfach zu verwalten sind.

Die Erfindung wird im folgenden bezugnehmend auf zeichnerische Darstellungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert .

Dabei zeigen

FIG 1 eine schematische Darstellung eines Mobilfunknetzes,

FIG 2 eine schematische Darstellung der Verbindung zwi- sehen einer Basisstation und Mobilstationen, sowie den strukturellen Aufbau der Basisstation,

FIG 3 ein Ablaufdiagramm für die Bestimmung der Sendeleistungen und

Tabelle 1 eine beispielhafte Zuordnung von Empfangsleistungen zu bestimmten Sendeleistungen.

Das durch ein Mobilfunknetz gebildete Funk-Kommunikations-System nach FIG 1 besteht aus zumindest einer Vermittlungs-einrichtung VE, die mit weiteren Vermittlungseinrichtungen vernetzt ist bzw. den Netzübergang zu einem Festnetz PSTN herstellt. Weiterhin ist die dargestellte Vermittlungseinrichtung VE mit zumindest einer Funkteilsteuerung BSC ver-bunden. Nach FIG 1 ist mit der Funkteilsteuerung BSC eine

Basisstation BS verbunden. Zwischen einer Basisstation BS und Mobilstationen MS besteht eine Funkschnittstelle, über die Teilnehmersignale von beispielsweise drei Verbindungen übertragen werden.

Dem Mobilfunknetz ist weiterhin ein Betriebs- und Wartungs-Zentrum OMC zugehörig, das mit einer Vermittlungsstelle VE verbunden ist und zur Überwachung der eistungsparameter des Mobilfunknetzes sowie zur Wartung und Fehlerkontrolle vorgesehen ist. Es kann ebenso vorgesehen sein, daß für Teilkomponenten des Mobilfunknetzes, beispielsweise ein Basis-stationssystem, eigenständige Betriebs- zu Wartungszentren bereitgestellt werden. Im Betriebs- und WartungsZentrum OMC ist es ebenso vorgesehen, Parameter der Luftschnittstelle, beispielsweise die im weiteren geschilderten Dynamikbereiche, zu verwalten.

Für die Funkschnittstelle zwischen der Basisstation BS und den Mobilstationen MS wird ein Frequenzkanal betrachtet, bei dem die Verbindungen weder durch einen Zeitschlitz, wie beim TDMA-Verfahren, noch durch ihre Frequenz, wie beim FDMA-Ver-fahren, getrennt sind. Die Teilnehmersignale werden also in einem durch eine Frequenz, ggf. zusätzlich durch einen Zeitschlitz, charakterisierten Kanal anhand eines Teilnehmercodes unterschieden. Das im folgenden geschilderte Verfahren ist jedoch auch einsetzbar, wenn eine anderweitige Teilnehmer-separierung erfolgt. Für die Separierung der Teilnehmer durch ihren Teilnehmercode werden auf der Sendeseite, für die Abwärtsrichtung beispielsweise in der Basisstation BS, die Teilnehmersignale mit dem Teilnehmercode moduliert und auf der Empfangsseite anhand der dort vorliegende Teilnehmercodes nach dem JD-CDMA-Verfahren detektiert.

Durch die Bewegung der Mobilstationen MS und ihre unterschiedliche Entfernung zur Basisstation BS treten für die unterschiedlichen Verbindungen Dämpfungen über die Funk-Schnittstelle auf, die sich stark unterscheiden. Diese Dämpfung entspricht beispielsweise der Spalte 2 von Tabelle 1.

Die Dämpfungen dienen zusätzlich der Zuteilung der Mobil-Station MS zu einem bestimmten Zeit/Frequenzkanal .

Gemäß FIG 2 signalisiert eine Mobilstation MS während des Verbindungεaufbaus der Basisstation BS Geratecharakteristika mit einer Reportmeldung rm in einem Kontrollkanal ACCH, beispielsweise auch eine Dynamikklasse dk. Diese Dynamikklasse dk wird netzseitig in der Basisstation BS gespeichert und dient der Bestimmung eines Dynamikbereiches mg für diese Mobilstation MS. Während der Verbindung, für die ein Nutzdatenkanal TCH aufgebaut wurde, bestimmt die Mobilεtation MS ständig in Abwärtsrichtung die Empfangεleiεtung rdlp der Übertragung im Nutzdatenkanal TCH und εignaliεiert die ge-mittelten Empfangsleistungen rdlp in bestimmten Abständen der Basisstation BS mit einer weiteren Reportmeldung rm im
Kontrollkanal ACCH.

Die Basisstation BS empfängt diese Reportmeldungen rm und wertet sie aus. Die Basisεtation BS besteht vereinfacht betrachtet aus einer Empfangseinrichtung EE und einer Sendeeinrichtung SE . Diese Einrichtungen EE, SE nehmen den Empfang und das Senden der Informationen, sowohl Nutzdaten als auch Signalierung, der Verbindung vor.

Darüber hinaus extrahiert die Empfangseinrichtung EE die übertragenen Empfangsleistungen rdlp aus den Reportmeldungen rm und übermittelt sie einer Auswerteteinrichtung AU. Die Auswerteeinrichtung AU ist weiterhin mit einer Speichereinrichtung SP verbunden. In dieser Speichereinrichtung SP wer-den die übermittelten Empfangsleistungen rdlp der Mobilstationen MS, die Dynamikklassen dk, als auch netzseitig festgelegte Dynamikbereiche mg und, wie im weiteren gezeigt, bestimmte Sendeleistungen sdlp geεpeichert.

Die Auswerteeinrichtung AU bestimmt aus diesen Angaben die

Sendeleistungen sdlp, die der Sendeeinrichtung SE übermittelt werden, worauf diese mobilstationsindividuell das Senden der Informationen der entsprechenden Verbindungen im Nutzdatenkanal TCH leistungsmäßig einstellt. Ein in der Basisstation BS geformtes Sendesignal enthält in einem Zeit/Frequenzkanal folglich überlagerte Signalanteile mehrerer Verbindungen, die sich im Teilnehmercode, mit dem sie gespreizt wurden, und ggf . in der Sendeleistung sdlp für den Signalanteil unterscheiden.

Die Auswerteeinrichtung AU und die Speichereinrichtung SP können nicht in der Basisstation BS, sondern alternativ in weiteren Einrichtungen des Mobilfunknetzes, beispielsweise in der die Funktionen des Managements der funkttechnischen Ressourcen realisierenden Funkteilsteuerung BSC integriert sein oder eine eigenständige Einheit bilden.

Das Verfahren zur Sendeleistungsregelung wird anhand von FIG 3 näher erläutert . Für alle Frequenzkanäle werden in allen Zeitschlitzen wiederholt die Empfangsleistungen rdlp ausgewertet, die von den Mobilstationen MS in Abständen von 100 ms bis 1 s als gemittelte Meßwerte übertragen werden. Dazu werden die Reportmeldungen rm der Mobilstationen MS verarbeitet, die im aεsoziierten Kontrollkanal ACCH übertragen werden .

Für jeden Frequenzkanal und jeden Zeitschlitz wird die Verbindung mit der größten Dämpfung, also der kleinsten Empfangsleistung rdlpmin bestimmt. Nach Tabelle 1 ist dies bei-spielsweiεe die Verbindung zur Mobilstation MSI, wobei zu dem Dämpfung des Funkkanals zu dieser Mobilstation 80 dB beträgt.

Nachdem aus den Empfangsleiεtungsmessungen die Dämpfungen zu allen Mobilstationen MS bekannt sind, können die korrespondierenden Sendeleistungen sdlp bestimmt werden. Dabei wird eine zu garantierende Übertragungsqualität berücksichtigt, wobei insbesondere die Verbindung mit der größten Dämpfung betrachtet wird. Für die erste Mobilstation MSI ergibt sich als Referenz mit 0 dB beispielsweise die größte theoretische Sendeleistung Pmax. Die theoretischen Sendeleistungen sdlp zu den übrigen Mobilstationen betragen entsprechend der Dämpfungen beispielsweise - 20 bzw. - 40 dB.

Für alle Verbindungen dieses Frequenzkanals und Zeitschlitzes werden die theoretischen Sendeleistungen sdlp mit der maximalen Sendeleistung Pmax verringert um den Dynamikbereich mg verglichen. Der Dynamikbereich mg wird für diese Funkzelle (oder für den Frequenzkanal und Zeitschlitz individuell) beispielsweise mit 20 dB angegeben, da die Dynamikbereiche dk der Mobilstationen MS nichts anderes vorsehen. Falls sdlp < Pmax - mg, wird die tatsächlich gewählte Sendeleistung sdlp für diese Verbindung mit sdlp = Pmax - mg festgelegt . Damit wird gewährleistet, daß die Differenz zwischen der maximalen Sendeleistung Pmax und der kleinsten Sendeleistung sdlp niemals größer als der Dynamikbereich mg ist. Somit ergeben sich die Sendeleistungswerte gemäß der letzten Spalte von Tabelle 1.