DE69418448T2 - Weiterreichverfahren in einem cdma-zellularfunksystem und eine mobilstation - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Durchführen einer Umbuchung (Handover) in einem CDMA-Zellularfunksystem, das in jeder Zelle zumindest eine mit den Mobilfunkstationen in der Zelle verbundene Basisstation aufweist, wobei die Verbindung sowohl einen Verkehrskanal als auch einen oder mehrere Steuerkanäle umfaßt, und in dem die Übertragungen der Basisstationen nicht miteinander synchronisiert sind, wobei in dem Verfahren eine Mobilstation nach dem Einrichten einer gleichzeitigen Verbindung mit zwei oder mehreren Basisstationen während der Durchführung einer Umbuchung eine Übertragung zu den Basisstationen unter Verwendung desselben Verbreiterungscodes (Spreading Code) durchführt, und wobei die von den Basisstationen empfangenen Signale in einem Basisstationskontrollrechner oder dergleichen kombiniert werden.
• CDMA ist ein Mehrfachzugriffsverfahren, das auf dem Spektralverbreiterungsverfahren (Spread Spectrum Technique) basiert, und das erst vor kurzem in zellularen Funksystemen zusätzlich zu den bekannten Frequenzmultiplex-(FDMA-) und Zeitmultiplex- (TDMA-)-Verfahren eingesetzt wurde. CDMA weist gegenüber den bekannten Verfahren mehrere Vorteile auf, wie beispielsweise Spektraleffizienz und Einfachheit der Frequenzplanung.
• Beim CDMA besteht jedes Signal aus einer individuellen Pseudozufallssequenz, durch die die Basisfrequenz moduliert wird, wobei das Band des Datensignals gleichzeitig verbreitert wird. Die Datensignale mehrerer Systemnutzer werden gleichzeitig auf demselben Frequenzband übertragen. Die Nutzer werden auf Grundlage der als Verbreiterungscode (Spreading Code) bezeichneten Pseudozufallssequenz voneinander unterschieden. In den Empfängern vorgesehene Korrelatoren werden mit einem gewünschten Signal synchronisiert, daß sie auf Grundlage des Verbreiterungscodes erkennen, und stellen die ursprüngliche Bandbreite des Signals wieder her. An dem Empfänger ankommende Signale, die den falschen Verbreiterungscode enthalten, sind im Idealfall nicht korreliert, sondern behalten ihr breites Band bei und erscheinen somit als Rauschen in den Empfängern. Die durch das System verwendeten Verbreiterungscodes werden vorzugsweise so ausgewählt, daß sie zueinander orthogonal sind, d. h. sie sind nicht miteinander korreliert.
• In einer typischen zellularen Funkumgebung breiten sich die Signale zwischen einer Basisstation und einer Mobilstation entlang mehrerer Wege zwischen dem Sender und dem Empfänger aus. Diese Mehrwegeausbreitung ergibt sich hauptsächlich aufgrund der Reflexionen der Signale an den Umgebungsoberflächen. Signale, die sich entlang verschiedener Wege ausgebreitet haben, erreichen den Empfänger aufgrund ihrer verschiedenen Übertragungsverzögerungen zu verschiedenen Zeitpunkten.
• Bei dem in einem CDMA-System im allgemeinen verwendeten Empfänger handelt es sich um einen sogenannten Rake-Empfänger, der aus einem oder mehreren Rake-Zweigen, d. h. Korrelatoren, besteht. Bei den Rake-Zweigen handelt es sich um unabhängige Empfangseinheiten, wobei die Aufgabe einer jeden Einheit das Kombinieren und Demodulieren genau einer mehrwegeausgebreiteten empfangenen Signalkomponente ist. Die Realisierung eines Rake-Zweigs ist in Modern Communications And Spread Spectrum (von G. Cooper und C. McGillem, McGraw-Hill, New York, 1986, Kapitel 12) beschrieben. Zusätzlich zu den für den Empfang der Signale beabsichtigten Rake-Zweigen umfaßt ein CDMA- Empfänger typischerweise zumindest einen getrennten Suchzweig, dessen Aufgabe die Suche nach den verschiedenen Signalkomponenten des gesendeten Signals mittels des gewünschten Verbreiterungscodes und das Erfassen ihrer Phasen ist. Jeder Rake-Zweig kann zur Korrelation mit einer Signalkomponente, die sich entlang eines individuellen Wegs ausgebreitet hat, ausgestaltet werden, wobei jede Signalkomponente mit einer anderen Verzögerung bei dem Empfänger ankommt. Die Rake- Zweige werden durch Abgeben einer Korrelatorinformation über den gewünschten Verbreiterungscode und dessen Phase gesteuert. Da sich die Signalkomponenten entlang verschiedener Wege ausbreiten, werden sie auch häufig voneinander unabhängig gedämpft. In einem üblichen CDMA-Empfänger werden vorzugsweise die Signale mehrerer Korrelatoren kombiniert, woraus ein Signal mit guter Qualität trotz der Mehrwegeausbreitung entlang des Funkwegs gewonnen wird.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Durchführen einer Umbuchung in einem CDMA-Funknetz. Insbesondere bezieht sie sich auf ein sogenanntes Soft-Handover, das sich auf das Umschalten einer Mobilstation von einer Basisstation auf eine andere bezieht, so daß die Mobilstation während der Übergabe mit beiden Basisstationen gleichzeitig kommuniziert. Das Soft-Handover wird in CDMA-Funknetzen verwendet, da die Leistungssteuerung eines CDMA-Netzwerks instabil werden würde, falls die Umbuchung in derselben Weise wie in anderen Systemen (zum Beispiel GSM- und NMT-System) durchgeführt wird, in denen die Verbindung zu der vorherigen Basisstation vor dem Einrichten einer neuen Verbindung zu der neuen Basisstation getrennt wird (Hard-Handover).
• In bekannten CDMA-Funksystemen wird das Soft-Handover so realisiert, daß zwei (oder mehr) Basisstationen genau dasselbe Signal zu der betreffenden Mobilstation senden. Das Signal umfaßt einen Verkehrskanal und dieselbe Signalisierung, und es wird in jeder Basisstation mit demselben Verbreiterungscode multipliziert. Diese Signale, die sich entlang verschiedener Wege ausgebreitet haben, werden mittels der verschiedenen Zweige des Rake-Empfängers an der Mobilstation empfangen und in einem Diversity-Kombinator vereinigt. Der Rake-Empfänger kann nur solche Signale auf einfache Weise kombinieren, die mit einem Verzögerungsunterschied von ungefähr 20 Mikrosekunden angekommen sind. Daher müssen die Basisstationen einen genauen gemeinsamen Referenztakt aufwei sen, d. h. sie müssen genau miteinander synchronisiert sein, so daß sie ihre Übertragungen zeitlich so steuern können, daß die Signale an dem Empfänger der Mobilstation mit einem ausreichend geringen Zeitunterschied eintreffen.
• Die gegenseitige Synchronisation der Basisstationen führt zu einer Erhöhung der Kosten beim Aufbau des Systems. Die Basisstationen müssen ein genaues Referenzsignal aufweisen, auf dessen Grundlage ihre Synchronisation beibehalten werden kann. Als ein solches Referenzsignal kann beispielsweise ein von terrestrischen oder Satellitenfunknavigationssystemen empfangenes Signal dienen. Zusätzlich zu dem Referenzsignal steigen die Kosten auch aufgrund der Tatsache, daß die Kompensation einer ziemlich unbestimmten Übertragungsverzögerung, die üblicherweise mehrere Millisekunden andauert, zu dem Erfordernis einer Pufferung in der Basisstation führt.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Soft-Handover ohne Synchronisation der Basisstationen zu ermöglichen. Somit kann ein CDMA-Zellularfunknetz mit geringeren Kosten als zuvor realisiert werden.
• Dies wird erzielt durch ein eingangs beschriebenes Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Basisstationen, mit denen die Mobilstation gleichzeitig kommuniziert, jeweils unter Verwendung eines anderen Verbreiterungscodes zu der Mobilstation senden, und wobei die Mobilstation jedes der mit verschiedenen Verbreiterungscodes gesendeten Signale durch eine andere Rake-Empfangseinheit unabhängig von den anderen Einheiten empfängt, demoduliert und kombiniert, wobei jede Empfangseinheit mit dem Signal der empfangenen Basisstation synchronisiert wird, und wobei die Mobilstation die von den Basisstationen empfangenen und durch die verschiedenen Rake- Empfangseinheiten kombinierten Signale kombiniert.
• Die Erfindung bezieht sich des weiteren auf eine Mobilstation zur Verwendung in einem CDMA-Zellularfunksystem, das in jeder Zelle zumindest eine mit den Mobilstationen in der Zelle verbundene Basisstation aufweist, und wobei die Übertragungen der Basisstationen nicht miteinander synchronisiert sind, wobei der Empfänger der Mobilstation mittels einer Rake-Technik realisiert ist, wobei eine Rake-Empfangseinheit eine Steuereinheit und eine Anzahl von Korrelatoren, deren Eingabe das empfangene Signal darstellt, und eine Einrichtung zum Kombinieren der durch verschiedene Zweige empfangenen Signale aufweist, wobei die Mobilstation eine Einrichtung umfaßt zum Einstellen der Sendeleistung. Die erfindungsgemäße Mobilstation ist dadurch gekennzeichnet, daß die Mobilstation umfaßt zumindest zwei unabhängige Rake-Empfangseinheiten, von denen jede mit von einer anderen Basisstation zugeführten Signalen synchronisiert werden kann und die die Signale empfangen, modulieren und kombinieren können, und eine Einrichtung zum Kombinieren der von dem Ausgang der Empfangseinheiten zugeführten Signale.
• Bei einer gemäß der Erfindung durchgeführten Umbuchung senden die mit der Mobilstation kommunizierenden Basisstationen eine identische, mit einem für jede Basisstation unterschiedlichen Verbreiterungscode multiplizierte Verkehrskanalinformation zu der Mobilstation. Erfindungsgemäß umfaßt die Mobilstation mehrere unabhängige Rake-Empfangseinheiten, von denen jede ggf. mehrere Korrelatorzweige enthalten. Die Rake-Empfangseinheiten sind unabhängig voneinander mit den Signalen der verschiedenen Basisstationen synchronisiert. Somit verringert sich der Verzögerungsunterschied zwischen den von verschiedenen Basisstationen zugeführten Signalen auf ungefähr 5 Millisekunden. Dies ist auf einfache Weise möglich, obwohl die Basisstationen nicht miteinander synchronisiert sind.
• Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Beispiele gemäß den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 ein Diagramm eines Teils eines zellularen Netzwerks, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann,
• Fig. 2 eine Situation, bei der eine Mobilstation eine Umbuchung zwischen zwei Zellen durchführt,
• Fig. 3 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Mobilstation, und
• Fig. 4 den Aufbau einer Rake-Empfangseinheit.
• Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines CDMA-Zellularfunksystems. Zwei Basisstationen BTS1 und BTS2 sind mit dem Basisstationskontrollrechner BSC mittels digitaler Übertragungsstrecken 10 verbunden. Der Sendebereich einer Basisstation BTS bildet typischerweise eine Funkzelle. Die Basisstationen sind nicht miteinander synchronisiert. Der Basisstationskontrollrechner kommuniziert mit anderen Teilen des zellularen Netzwerks und mit dem Festnetz.
• In der Situation gemäß Fig. 2 hat die Mobilstation MS eine Verbindung mit zwei verschiedene Zellen versorgenden Basisstationen BTS1 und BTS2 eingerichtet, zum Zwecke einer Umbuchung. Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft für den Fall zweier Basisstationen gemäß Fig. 2 beschrieben, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
• Die Mobilstation sendet ihr eigenes Signal 21a und 21b unter Verwendung des ihr zugewiesenen Verbreiterungscodes. Die Basisstationen, mit denen die Mobilstation kommuniziert, empfangen und demodulieren dasselbe Signal unabhängig voneinander. Die Basisstationen leiten das durch sie empfangene Si gnal zu dem Basisstationskontrollrechner BSC weiter, der das besser empfangene Signal zur weiteren Übertragung auswählt. Diese Auswahl eines besseren Signals kann durch bekannte Verfahren realisiert werden, zum Beispiel rahmenweise: anhand der durch die Basisstationen gesendeten Rahmen, wobei der Basisstationskontrollrechner immer denjenigen mit der besseren Qualität auswählt. Als Qualitätsstandard kann beispielsweise die Signalleistung oder die Bitfehlerrate verwendet werden.
• Die Basisstationen empfangen die zu der Mobilstation zu sendende Nutzlastinformation von dem Basisstationskontrollrechner. Beide Basisstationen verwenden ihren eigenen Verbreiterungscode und Senden ihre Signale 22a und 22b unabhängig voneinander zu der Mobilstation. In dem Beispiel umfaßt der Empfänger der Mobilstation zwei gegenseitig unabhängige Rake- Empfangseinheiten. Der Aufbau der Mobilstation wird später näher beschrieben. Die Mobilstation empfängt jedes der von den Basisstationen gesendeten Signale durch getrennte Rake- Empfangseinheiten, die unabhängig voneinander betrieben werden. Jede Rake-Empfangseinheit wird mit dem Signal synchronisiert, das sie empfängt, so daß die Einheiten gegenseitig asynchron sein können. Die von den Rake-Empfangseinheiten empfangenen Signale werden vorzugsweise vor dem Lautsprecher kombiniert. Die Kombination kann durch bekannte Verfahren erfolgen. Zu jedem Zeitpunkt kann beispielsweise ein Signal mit besserer Qualität ausgewählt werden. Die Qualität des Signals kann beispielsweise anhand der Signalleistung oder der Bitfehlerrate überwacht werden. Das kombinierte Signal wird D/A- gewandelt und dem Lautsprecher zugeführt.
• In dem erfindungsgemäßen Verfahren weist die Mobilstation somit zwei getrennte, unabhängige Verbindungen zu dem Netzwerk über verschiedene Basisstationen auf. Die Steuerung beider Verbindungen, beispielsweise die Leistungssteuerungssignalisierung, erfolgt voneinander unabhängig, d. h. obwohl die Nutzlastinformation, beispielsweise das Sprachsignal, in dem Verkehrskanal für beide Verbindungen gleich ist, ist die Information der Steuerkanäle in den Verbindungen unterschiedlich. Da das über die Verbindungen übertragene Signal somit unterschiedlich ist, müssen verschiedene Verbreiterungscodes für verschiedene Verbindungen von den Basisstationen zu der Mobilstation verwendet werden. Wären die Verbreiterungscodes identisch, so würden sich die Verbindungen gegenseitig stören.
• Die Verbindungen müssen natürlich eine höherschichtige Steuerung aufweisen, die gegebenenfalls eine Verbindung einrichtet, und eine andere trennt, wenn diese nicht länger benötigt wird. Diese Art der Steuerung erfolgt in derselben Weise wie bei der Durchführung eines Soft-Handovers mittels eines bekannten Verfahrens in einem synchronisierten CDMA-Zellularfunksystem.
• Fig. 3 zeigt einen vereinfachten Aufbau einer erfindungsgemäßen Mobilstation. In dem Sender 30 der Mobilstation wird ein Signal von dem Mikrofon 32 über den Sprachcodierer 33 dem Kanalcodierer 34 zugeführt, worauf das Signal durch den Verbreiterungscode 35 multipliziert wird. Danach wird das Signal der Antenne 38 über die HF-Teile 36 und den Verstärker 37 zugeführt.
• In dem Empfänger 31 der Mobilstation wird das durch die Antenne 38 empfangene Signal nach den HF-Teilen 45 dem A/D- Umsetzer 44 zugeführt. Von dort wird das Signal den Rake- Empfangseinheiten 41 und 42 zugeführt, die das empfangene Signal in unabhängiger Weise mit ihren individuellen Verbreiterungscodes multiplizieren und demodulieren.
• Fig. 4 zeigt den Aufbau einer Rake-Empfangseinheit. Jede Rake-Empfangseinheit kann mehrere Rake-Korrelatorzweige 51a bis 51c und einen Suchzweig 50 aufweisen. Darüber hinaus umfaßt die Einheit eine Einrichtung 52 zum vorteilhaften Kombinieren und Demodulieren der Signale der verschiedenen Zweige, und eine Einrichtung 53 zum Steuern der inneren Funktionen der Empfangseinheit.
• Die Mobilstation umfaßt auch eine Einrichtung 40, der die Signale der Rake-Empfangseinheiten zugeführt werden und in der die Signale vorzugsweise kombiniert werden. Dies kann beispielsweise durch Auswählen eines besseren Rahmens zu jedem Zeitpunkt erfolgen, oder mittels eines anderen bekannten Verfahrens. Das kombinierte Signal wird dem Lautsprecher 39 zugeführt.
• Die Rake-Empfangseinheiten geben auch Leistungssteuersignale aus, die der Leistungssteuerungseinrichtung 43 zugeführt werden. Jede Basisstation, mit der die Mobilstation kommuniziert, sendet ihre eigenen Leistungssteuerbefehle zu der Mobilstation über ihre eigene Verbindung. Die Leistungssteuerungseinrichtung wählt aus den vorgegebenen Leistungssteuerungsbefehlen denjenigen aus, der in jeder Situation geeignet ist, und steuert den Verstärker 37 des Senders 30. Aus den vorgegebenen Befehlen kann beispielsweise derjenige mit der geringsten Sendeleistung für die Mobilstation ausgewählt werden, um die Leistungssteuerung des gesamten zellularen Netzwerks stabil zu halten.
• Die Mobilstation umfaßt auch eine Einrichtung 46 zum Steuern der vorgenannten Einheiten.
• Obwohl die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf das Beispiel gemäß den beigefügten Zeichnungen beschrieben wurde, ist ersichtlich, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise innerhalb des Umfangs der in den beiliegenen Patentansprüchen offenbarten erfinderischen Idee abgewandelt werden kann.

Claims (7)

1. Verfahren zum Durchführen einer Umbuchung (Handover) in einem CDMA-Zellularfunksystem, das in jeder Zelle zumindest eine mit den Mobilstationen (MS) in der Zelle verbundene Basisstation (BTS1, BTS2) aufweist, wobei die Verbindung sowohl einen Verkehrskanal als auch einen oder mehrere Steuerkanäle umfaßt, und in dem die Übertragungen der Basisstationen nicht miteinander synchronisiert sind, wobei in dem Verfahren eine Mobilstation, nach dem Einrichten einer gleichzeitigen Verbindung mit zwei oder mehreren Basisstationen (BTS1, BTS2) während der Durchführung einer Umbuchung, zu den Basisstationen unter Verwendung desselben Verbreiterungscodes sendet, und wobei

die durch die Basisstationen empfangenen Signale in einem Basisstationskontrollrechner (BSC) oder dergleichen kombiniert werden,

dadurch gekennzeichet, daß

die Basisstationen (BTS1, BTS2), mit denen die Mobilstation (MS) gleichzeitig kommuniziert, unter Verwendung eines unterschiedlichen Verbreiterungscodes zu der Mobilstation senden, und wobei

die Mobilstation jedes der mit unterschiedlichen Verbreiterungscodes gesendeten Signale durch eine andere Rake- Empfangseinheit unabhängig von den anderen Einheiten empfängt, demoduliert und kombiniert, wobei jede Empfangseinheit durch das Signal von der empfangenen Basisstation synchronisiert wird, und wobei

die Mobilstation die von den Basisstationen empfangenen und durch die verschiedenen Rake-Empfangseinheiten kombinierten Signale kombiniert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Inhalte des Verkehrskanals in den durch die Basisstationen (BTS1, BTS2) zu der Mobilstation (MS) gesendeten Signalen für jede Verbindung gleich sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Inhalte der Steuerkanäle in den durch die Basisstationen (BTS1, BTS2) zu der Mobilstation (MS) gesendeten Signalen für jede Verbindung unterschiedlich sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied in der Synchronisation in den durch die Basisstationen (BTS1, BTS2) zu der Mobilstation (MS) gesendeten Signalen nicht mehr als 5 Millisekunden beträgt.

5. Mobilstation zur Verwendung in einem CDMA-Zellularfunksystem, das in jeder Zelle zumindest eine mit den Mobilstationen (MS) in der Zelle verbundene Basisstation (BTS1, BTS2) aufweist, und in dem die Übertragungen der Basisstationen nicht miteinander synchronisiert sind, wobei der Empfänger in der Mobilstation mittels einer Rake-Technik realisiert ist, wobei eine Rake-Empfangseinheit eine Steuereinheit (53) und eine Anzahl von Korrelatoren (51a bis 51c), deren Eingabe das empfangene Signal darstellt, und eine Einrichtung (52) zum Kombinieren der durch verschiedene Zweige empfangenen Signale aufweist, wobei die Mobilstation eine Einrichtung (37) aufweist zum Einstellen der Sendeleistung,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Mobilstation umfaßt

zumindest zwei unabhängige Rake-Empfangseinheiten (41, 42), von denen jede mit von einer anderen Basisstation (BTS1, BTS2) zugeführten Signalen synchronisiert werden kann und die die Signale empfangen, demodulieren und kombinieren können, und

eine Einrichtung (40) zum Kombinieren der von dem Ausgang der Empfangseinheiten zugeführten Signale.

6. Mobilstation nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mobilstation eine Einrichtung (43) aufweist zum Auswählen der gewünschten Sendeleistung auf Grundlage der durch die Empfangseinheiten empfangenen Steuerbefehle.

7. Mobilstation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Sendeleistung entsprechend demjenigen durch die Empfangseinheiten empfangenen Steuerbefehl ausgewählt wird, der zu der geringsten Sendeleistung führt.