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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft allgemein Spread-Spektrum-Funk-Kommunikationssysteme und
im einzelnen Techniken zum effizienten Zuordnen von Spreiz-Codes,
die verwendet werden, um Information, welche in solchen Systemen übertragen werden
muss, aufzuspreizen.
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In
letzter Zeit wurden zellulare Funk-Kommunikationssysteme entwickelt,
die Spread-Spektrum-Modulationstechniken und auf einem Code-Multiplexverfahren
basierende Mehrfachzugriffstechniken (CDMA-Techniken) verwenden.
In einem typischen Direct-Sequence-Code Division Multiplex Access
System (DSCDMA-System) wird ein Informations-Datenstrom, der zu übertragen ist, einem Datenstrom
mit einer wesentlich höheren
Symbolrate überlagert,
was gelegentlich als Spreizsequenz bekannt ist. Jedes Symbol der
Spreizsequenz wird allgemein als ein Chip bezeichnet. Jedes Informationssignal
ist einem eindeutigen Spreiz-Code zugeordnet, der verwendet wird,
um die Spreizsequenz zu erzeugen, und zwar in typischer Weise mit
Hilfe einer periodischen Wiederholung. Das Informationssignal und
die Spreizsequenz werden in typischer Weise in einem Prozess mittels
Multiplikation kombiniert, der gelegentlich Codierung oder Spreizung
des Informationssignals genannt wird. Eine Vielzahl von Spreizinformationssignalen
werden als Modulationen der Funk-Frequenz-Trägerwellen übertragen und gemeinsam bei
einem Empfänger
als zusammengesetztes Signal empfangen. Jedes der Spreizsignale überlappt
sowohl hinsichtlich der Frequenz als auch hinsichtlich der Zeit
sämtliche
der anderen codierten Signale sowie Rauschsignale. Indem das zusammengesetzte
Signal mit einer der eindeutigen Spreizsequenzen korreliert wird,
kann das entsprechende Informationssignal isoliert und decodiert
werden.
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Da
die Funkkommunikation weit verbreitet ist, ist es erwünscht, verschiedene
Typen von Funkkommunikationsdiensten bereitzustellen, um den Wünschen der
Verbraucher nachzukommen. Beispielsweise ist über Funk-Kommunikationssysteme eine Fax-Unterstützung, eine
Email-Unterstützung, eine
Video-Unterstützung,
eine Internetzugriffs-Unterstützung,
etc. vorgesehen. Darüber
hinaus wird erwartet, dass Nutzer es wünschen können, zur gleichen Zeit auf
verschiedene Diensttypen zuzugreifen. Beispielsweise würde eine
Videokonferenz zwischen zwei Nutzern sowohl eine Sprach-Unterstützung als auch
eine Video-Unterstützung
einbinden. Einige dieser verschiedenen Dienste werden im Vergleich zu
einem Sprachdienst, der in herkömmlicher
Weise mit Funk-Kommunikationssystemen bereitgestellt wurde, relativ
hohe Datenraten erfordern, während andere
Dienste einen variablen Datenratendienst erfordern. Von daher müssen voraussichtlich
zukünftige
Funk-Kommunikationssysteme in der Lage sein, sowohl Kommunikationen
mit hoher Datenrate als auch Kommunikationen mit einer variablen
Datenrate zu unterstützen.
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Das
Breitband-DS-CDMA-System wird als ein Kandidat für Funk-Kommunikationssysteme
der nächsten
Generation betrachtet, der solche Kommunikationsdienste mit einer
hohen Datenrate bereitstellen wird. Abgesehen von der relativ hohen
spektralen Effizienz, die Breitband-DS-CDMA-Techniken nach sich zieht, kann ein
Bedarf darin bestehen, das Leistungsvermögen bzw. die Performance von
diesen Techniken zu verbessern, um die erforderlichen hohen Datenraten
und die erforderliche Qualität
bereitzustellen. Eine vorgeschlagene Technik zum Erweitern von Breitband-DS-CDMA-Systemen liegt
darin, adaptive Antennen zu verwenden, um Signale in Breitband-DS-CDMA-Systemen
zu übertragen.
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Adaptive
Antennen richten die Signalenergie, die in Beziehung zu speziellen
Mobileinheiten steht, in spezielle geographische Bereiche, so dass außerhalb
dieser Bereiche Mobileinheiten nicht durch diese Signalenergie gestört werden.
Die Verwendung von adaptiven Antennen in Breitband-DS-CDMA-Systemen
mindert die in CDMA-Systemen inhärente
Einschränkung
hinsichtlich der Selbststörung
bis zu einem Ausmaß,
bei welchem solche Systeme stattdessen durch die Anzahl der zur
Verfügung
stehenden Spreiz-Codes beschränkt
werden.
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Nach
Kenntnissen des Anmelders ist dieses Problem der Codebeschränkung nicht
weitgehend berücksichtigt,
da CDMA-Systeme
traditionell nicht in der Lage waren, die Interferenz zuzulassen,
die in Beziehung mit der Übertragung
von Signalen unter Verwendung von allen verfügbaren Codes in einem Satz
steht: Um dieses neue Problem besser zu verstehen, ist es hilfreich
zu verstehen, wie in herkömmlichen
CDMA-Systemen Code-Sätze
verwendet werden.
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In
herkömmlichen
DS-CDMA-Systemen verwenden unterschiedliche Zellen für die Kommunikation
unterschiedliche Code-Sätze.
Indem eine einigermaßen
niedrige Kreuz-Korrelation zwischen den Codes in einem Satz und
den Codes in anderen Sätzen vorliegt,
kann in jeder Zelle die verfügbare
Frequenz-Bandbreite vollständig
wiederverwendet werden. Jeder Code-Satz enthält in typischer Weise eine Vielzahl
orthogonaler Spreiz-Codes, die verwendet werden, um verschiedene
physikalische Kanäle
innerhalb der Zelle zu trennen. Dieses hilft dabei, die innerhalb
einer Zelle auftretende Interferenz im Downlink-Verkehr zu reduzieren, insbesondere
bei Ausbreitungsumgebungen mit einigen Mehrwegkomponenten, jedoch
auch in anderen Umgebungen, die stärker Zeitdispersiv sind. Die
Anzahl der zur Verfügung
stehenden orthogonalen Codes einer bestimmten Länge ist gleich der Länge des
Codes, beispielsweise gibt es für
einen 64-Bit-Code
in einem Satz 64 orthogonale Codes.
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Aus
der Druckschrift WO 95/22210 ist eine sogenannte dynamische Sektorisierung
in einem Spread-Spektrum-Kommunikationssystem
bekannt, wobei ausgenutzt wird, dass die Systemauslastung abhängig von
der Tageszeit variiert. Gemäß dieser Druckschrift
werden die jeweiligen Sektoren, die von einer Basisstation bedient
werden, dynamisch festgelegt, so dass während der Arbeitszeit der Geschäftsbereich
mit einem einzelnen Sektor bedient wird, während eine große Anzahl
kleiner Sektoren die Wohnbereiche bedient. Um verschiedene kleine
Sektoren in einen größeren Sektor
zu integrieren, überträgt die Antenne,
welche die kleinen Sektoren bedient, im wesentlichen das gleiche
Signal. Angrenzende Abdeckungsbereiche werden mit identischen PN-modulierten
Signalen versorgt, um zu erreichen, dass die Sektoren in einen Sektor
integriert werden. Jedes Signal von solchen Signalpaaren wird dekorreliert,
indem eine kurze Verzögerung
zwischen den mit angrenzenden Sektor-Antennen emittierten PN-modulierten
Signalen eingeführt
wird.
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Wie
bereits erwähnt,
war es infolge der Selbst-Interferenz zwischen den Übertragungen
herkömmlich
nicht möglich,
zeitgleich sämtliche
Codes in einem Satz zu verwenden, um Information auf der Downlink-Verbindung
zu übertragen.
Jedoch kann mit der Einführung
von adaptiven Antennen die Interferenz in der Downlink-Verbindung
bis zu einem Ausmaß reduziert
werden, dass es möglich
wird, die Systemkapazität
deutlich zu steigern. Indem beispielsweise von einer herkömmlichen
Ein-Antennen-Implementation auf N Antennen übergegangen wird, kann eine
Kapazitätssteigerung
in der Größenordnung
von N bereitgestellt werden. Unter diesen Umständen wird eher die Anzahl der
zur Verfügung
stehenden Codes als die Downlink-Interferenz den Kapazitätsfaktor
beschränken.
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Demgemäss ist es
erwünscht,
neue Techniken und Systeme zum Zuordnen von Codes auf einer flexiblen
Art und Weise zu erzeugen, die eine Wiederverwendung von Codes soweit
gestattet, um das vollständige
Kapazitäts-Steigerungspotential
auszunutzen, welches zur Verfügung
steht, wenn adaptive Antennen in Breitband-DS-CDMA-Systemen verwendet
werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese
und andere Probleme, die im Zusammenhang mit bisherigen Kommunikationssystemen stehen,
werden durch die vorliegende Erfindung gelöst, wobei Mehrfach-Sätze von
Downlink-Spreiz-Codes verwaltet werden, um eine Interferenz zwischen Nutzern
in Funk-Kommunikationssystemen zu minimieren, die adaptive Antennen
verwenden. Eine Interferenz zwischen Nutzern hängt von der Antennenverstärkung, die
für die Übertragung
zu den Nutzern verwendet wird, der Übertragungsleistung und der Kreuz-Korrelation zwischen
den Codes der Nutzer ab. Von daher verwendet die vorliegende Erfindung die
Kenntnis dieser Parameter beim Zuordnen von Codes zu Nutzern in
einer Art und Weise, die vorgesehen ist, um eine Interferenz zu
reduzieren.
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Beispielsweise
können
den Mobilstationen, die Antennenverstärkungen aufweisen, welche stark miteinander
interferieren, Codes zugeordnet werden, die die besten Kreuz-Korrelations-Eigenschaften
aufweisen, dass heißt
Codes in dem gleichen Code-Satz. In Systemen, die Richtungs-Ankunfts-(DOA)-Information
verwenden, um zu bestimmen, wie die Downlink-Signale in Richtung
einer bestimmten Mobilstation zu lenken sind, kann diese gleiche
DOA-Information als ein Indikator dahingehend verwendet werden,
wie stark verschiedene Antennenverstärkungen von Mobilstationen
miteinander interferieren werden. von daher können exemplarische Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung Codes von einem Satz zu der rechten Hälfte einer
Zelle und Codes von einem anderen Satz zu der linken Hälfte einer
Zelle zuordnen, um Interferenz zu minimieren. Auf diese Art und
Weise wird die relativ hohe Kreuz-Korrelation zwischen zelleninternen Übertragungen
unter Verwendung von Codes in verschiedenen Sätzen mit der Verstärkung der
Antennenverstärkung
unterdrückt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden verstanden,
indem diese Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
gelesen wird, wobei in den Zeichnungen folgendes gilt:
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1 ist
eine Darstellung eines exemplarischen herkömmlichen Funk-Kommunikationssystems,
in welchem die vorliegende Erfindung implementiert werden kann;
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2 zeigt
die Verwendung von Spreiz-Codes und Scrambling-Codes (Algorithmus
für die
Verwürfelung
(Scrambling) digitaler Daten oder Signale) in einem CDMA-Sender;
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3 zeigt
die Verwendung von relativ schmalen Richtstrahlen, um Funk-Kommunikationsdienste
bereitzustellen;
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4 ist
ein Blockdiagramm einer exemplarischen Sendereinrichtung, welche
eine adaptive Feld-Antennenstruktur
verwendet;
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5 ist
ein Ablaufdiagramm, welches gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Zuordnung von Codes zum Unterstützen von
Verbindungen darstellt;
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6 ist
ein Ablaufdiagramm, welches gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Zuordnung von Codes zum Unterstützen von
Verbindungen darstellt; und
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7(a)-(c) stellen konzeptionelle Darstellungen
der dynamischen Zuordnung zwischen Codesätzen und geographischen Bereichen
innerhalb einer Zelle bereit.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Während diese
Beschreibung in Zusammenhang mit zellularen Kommunikationssystemen
gegeben wird, die tragbare oder mobile Funktelefone involvieren,
ist es für
den Fachmann verständlich,
dass die vorliegende Erfindung bei anderen Kommunikationsanwendungen
angewandt werden kann. 1 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen
zellularen Funk-Kommunikationssystems 100.
Das Funk-Kommunikationssystem 100 weist eine Vielzahl von Funk-Basisstationen 170a-n
auf, die mit einer Vielzahl entsprechender Antennen 130a-n
verbunden sind. Die Funk-Basisstationen 170a-n in Verbindung mit
den Antennen 130a-n kommunizieren mit einer Vielzahl Mobilterminals
(beispielsweise mit den Terminals 120a, 120b und 120m)
innerhalb einer Vielzahl von Zellen 110a-n. Eine Kommunikation
von einer Basisstation zu einem Mobilterminal wird als Downlink-Kommunikation
bezeichnet, wohingegen eine Kommunikation von einem Mobilterminal
zu einer Basisstation als Uplink-Kommunikation bezeichnet wird.
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Die
Basisstationen sind mit einer Mobil-Vermittlungsstelle (MSC) 150 verbunden.
Neben anderen Aufgaben koordiniert die Mobil-Vermittlungsstelle MSC
(über ihre
Verbindung zu einer Funk-Netzwerksteuerung (RNC)) die Aktivitäten der
Basisstationen, wie etwa während
des Handoff von einem Mobilterminal von einer Zelle zu einer anderen
Zelle (Leistungsmerkmal, das ein automatisches Nachführen (Weiterreichen)
einer bestehenden Nutzdatenverbindung auf einem anderen Kanal einer
anderen Funkzelle realisiert). Die Mobil-Vermittlungsstelle kann wiederum
mit einem öffentlichen
Telefonnetz 160 verbunden sein, welches verschiedene Kommunikationsvorrichtungen 180a, 180b und 180c bedient.
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Gemäß der exemplarischen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
DS-CDMA-Systeme Dienste hoher Bit-Rate unterstützen, indem physikalische Kanäle verwendet
werden, die in Blöcken
bzw. Rahmen der gleichen Länge
(zeitlich) organisiert sind. Jeder Rahmen bzw. Block trägt eine ganzzahlige
Anzahl von Chips und eine ganzzahlige Anzahl von Informationsbits.
Die physikalischen Kanäle,
die die Daten und die Steuerinformation tragen (welche beispielsweise
Führungs-/Referenzsymbole für eine Kanalabschätzung, Leistungs-Steuerbefehle und
Rateninformation der Daten enthält),
können
als physikalischer Datenkanal (PDCH) und physikalischer Steuerkanal
(PCCH) bezeichnet werden. Jede Verbindung zwischen einer Mobilstation
und einer Basisstation wird mit einem PCCH und zumindest einem PDCH
unterstützt.
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Dieses
Konzept ist in der 2 dargestellt, wobei zwei Funkträger (RB1
und RB2) einem Multiplexer 200 Datenblöcke bereitstellen. Die ausgewählten Blöcke werden
mit einer Vorwärts-Fehlerkorrektur-Codierung
(FEC-Codierung) beim Block 202 versehen, und dann werden
sie, bevor sie unter Verwendung des mit dem PDCH1 in Zusammenhang
stehenden Kanalisierungs-Codes beim Block 206 aufgespreizt
werden, beim Block 204 ineinander verschachtelt. Ähnlich Zweige,
die nicht vollständig
gezeigt sind, können
für den
PDCH2 und den POCH bereitgestellt werden. Jeder der resultierenden
physikalischen Kanäle
wird dann beim Block 208 summiert und beim Block 210 verwürfelt, indem
ein Scrambling-Code vor der Übertragung
verwendet wird. In der Downstream-Richtung bzw. stromabwärts sind
eine Modulation, eine Verstärkung
und eine Kopplung an eine Antenne bereitgestellt, obwohl dies nicht
in dieser Figur dargestellt ist.
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Wie
zuvor erwähnt
beschreibt ein Code-Satz die Kombination eines Satzes von Kanalisations-Codes
und eines bestimmten Scrambling-Codes, wobei der Satz einige bevorzugte
Korrelationseigenschaften (beispielsweise die Orthogonalität) aufweist. Techniken
zum Erzeugen und Manipulieren von Code-Sätzen sind in der schwedischen
Patentanmeldung Nr. SE9703161-1 "Methods
for Telecommunication",
eingereicht am 2. September 1997 von Erik Dahlmann, beschrieben.
Die Anmelderin der vorliegenden Erfindung hat Techniken und Systeme
zum Bestimmen, von welchem Code-Satz ein Code zu bestimmten Mobilstationen/Verbindungen
zugeordnet werden muss, erzeugt, wie es nachfolgend in Verbindung
mit Systemen beschrieben wird, die adaptive Antennen verwenden.
Obwohl die nachfolgenden exemplarischen Ausführungsformen in Verbindung
mit einem adaptiven Antennenfeld beschrieben werden, welches bei
einer Basisstation in einem Funk-Kommunikationssystem
angeordnet ist, wird ein Fachmann einsehen, dass diese Konzepte
gleichermaßen für andere
Systeme anwendbar sind, beispielsweise für Systeme, die räumlich verteilte
Antennen verwenden, wobei ein Signal unter Verwendung von einer oder
mehrerer der Antennen übertragen
werden kann.
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Beispielsweise
zeigt die 3 solch ein exemplarisches Funk-Kommunikationssystem 300, welches
eine Funk-Basisstation 320 aufweist,
die ein (nicht dargestelltes) Antennenfeld mit einer festen Richtstrahlphase
verwendet. Das abgestimmte Antennenfeld erzeugt eine Vielzahl festgelegter
schmaler Richtstrahlen (B1, B2,
B3, B4, etc.), welche
sich radial von der Basisstation 320 erstrecken. In bevorzugter
Weise überlappen
sich diese Richtstrahlen, um einen durchgängigen Abdeckungsbereich zu
erzeugen, um eine Funk-Kommunikationszelle zu bedienen. Obwohl es
nicht dargestellt ist, kann in Wirklichkeit das abgestimmte Antennenfeld
aus drei abgestimmten Feldsektorantennen bestehen, wobei jede mit
einer 120°-Streifenbreite
kommuniziert, die sich von der Basisstation 320 erstreckt.
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3 zeigt
ein Mobilterminal 310, welches innerhalb des Abdeckungsbereiches
von einem der Richtstrahlen B1 angeordnet
ist. Eine Kommunikation läuft
zwischen der Basisstation 320 und diesem Mobilterminal 310 unter
Verwendung des Richtstrahles B1, oder vielleicht
unter Verwendung von einem oder mehreren angrenzenden zusätzlichen
Richtstrahlen ab. In ähnlicher
Weise kommuniziert ein zweites Mobilterminal 330 mit der
Basisstation 320 unter Verwendung von zumindest dem Richtstrahl
B10. Der Leser dieser Beschreibung wird
einsehen, dass moderne Funk-Kommunikationsumgebungen in typischer Weise
innerhalb von Zellen wesentlich mehr Mobilterminals aufweisen, jedoch
sind die beiden dargestellten Mobilterminals hinreichend, um die
Operation von diesen exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung zu beschreiben.
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Adaptive
Antennenfelder gestatten neben anderen Dingen die selektive Übertragung
von Signalen in einer bestimmten Richtung. Wie es beispielsweise
in der 4 gezeigt ist, kann eine Feldantenne 400 verwendet
werden, um ein Signal bei einem Winkel Θ (hinsichtlich der Normalen
der Feldantenne) in Richtung eines Ziel-Mobilterminals 480 zu übertragen,
während
die Übertragung
von Signalenergie, die für
das Mobilterminal 480 beabsichtigt ist, in Richtung des
Mobilterminals 470 minimiert wird. Dieses wird erreicht,
indem (komplexe) Gewichtungen (w1, w2, ... wn) ausgewählt werden,
die an jedem Signalweg (r1, r2,
... rn) zu der abgestimmten Feldantenne 400 angewandt
werden, um derart die Übertragungsleistung
der Feldantenne in bestimmten Winkelrichtungen zu erhöhen, und
um die Übertragungsleistung
der Feldantenne in andere Richtungen zu reduzieren (d.h. indem die Übertragung
in Richtung unbeabsichtigter Empfänger auf 0 gesteuert wird).
Die erwünschte
Gewichtung wird ausgewählt,
indem die Gewichtungswerte geändert
werden, die mit der Steuerung 420 in der Strahlbildungseinheit 440 verwendet
werden. Von daher wird das Downlink-Signal bei der Einheit 430 aufgesplittet,
für jedes
Antennenelement in der Einheit 440 gewichtet und über die
abgestimmte Feldantenne 400 übertragen.
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Da
das adaptive Antennenfeld Signalenergie in Richtung einer beabsichtigten
Mobilstation "lenkt", und von daher weg
von Mobilstationen richtet, mit welchen diese Signalenergie interferieren
wird, wird es möglich,
mehrere Code-Sätze
innerhalb der gleichen Zelle zu verwenden. Jedoch sollten die Codes von
diesen Sätzen
derart zugeordnet sein, um die Interferenzen zu minimieren, die
durch die Reduzierung hinsichtlich der Orthogonalität bewirkt
werden, was mit den verschiedenen Code-Sätzen eingeführt wird. Dieses wird bis zu
dem möglichen
Ausmaß mit Hilfe
einer räumlichen
Trennung der Richtung ermöglicht,
in welcher Signale unter Verwendung von Codes von verschiedenen
Sätzen übertragen
werden. Verschiedene Beispiele werden die Code-Zuordnung und Code-Verwaltung
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellen. Obwohl die nachfolgende Beschreibung Code-Zuordnungsentscheidungen
darlegt, die in der Basisstation durchgeführt werden, wird der Fachmann
einsehen, dass diese Entscheidungen überall in dem Funk-Kommunikationssystem
durchgeführt
werden können,
beispielsweise in einer Funk-Netzwerksteuerung, in der Mobil-Vermittlungsstelle
MSC 150 oder in irgendwelchen Kombinationen von diesen
drei Entitäten.
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Es
wird erneut auf das in 3 gezeigte Beispiel Bezug genommen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird der Basisstation 320 eine festgelegte Anzahl von Code-Sätzen zugeordnet,
um mit Hilfe dieser Kommunikationsdienste zu unterstützen, wobei
jeder Satz eine Vielzahl von Codes aufweist, wobei von diesen zumindest
ein Code für
jede Verbindung einer ferngelegenen Station zugeordnet wird. Um
dieses Beispiel zu vereinfachen, sei angenommen, dass diese bestimmte
Basisstation 320 zwei Code-Sätze aufweist. Da die Kreuz-Korrelation
zwischen Code-Sätzen
höher ist
als zwischen Codes in dem gleichen Satz, ist es von Vorteil, so
wenig Code-Sätze
wie möglich
zu verwenden, um Kommunikationen in einer vorgegebenen Zelle zu
unterstützen.
Obwohl die Mobilstationen 310 und 320 in etwa an
gegenüberliegenden
Seiten der Zelle angeordnet sind, wird von daher die Basisstation 320 Codes
von einem ersten Code-Satz zuordnen, um eine Kommunikation mit diesen
beiden Mobilstationen zu unterstützen,
wenn die Auslastung in dieser Zelle gering genug ist, dass die Anzahl
der Codes in dem ersten Code-Satz ausreichen ist, um Kapazitätsanforderungen
zu erfüllen.
Die Auswahl des Code-Satzes,
der zuerst zugeordnet wird, kann auf Kreuz-Korrelationseigenschaften von jedem
Code-Satz basieren, der für
die Basisstation verfügbar
ist.
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Wenn
mehrere Mobilstationen in der Zelle aktiv werden, können der
Basisstation 320 die Codes in dem ersten Code-Satz ausgehen. Dann
wird die Basisstation 320 beginnen, Codes von dem zweiten Code-Satz
zu verwenden. Um die zusätzlichen
Interferenzen zu minimieren, die dieses innerhalb der Zelle bewirken
wird, verwendet die Basisstation 320 räumliche Information, die im
Zusammenhang mit den Positionen der Mobilstationen steht, um zu
bestimmen, welche Mobilstation Verbindungen verwenden soll, die
unter Verwendung von Codes in dem zweiten Satz übertragen werden. Diese gleiche räumliche
Information liegt bereits in der Basisstation vor und wird ebenso
dazu verwendet, zu identifizieren, welcher der schmalen Richtstrahlen,
die mit dem Antennenfeld unterstützt
werden, verwenden werden soll, um die Verbindung zu unterstützen, d.h.
um die Antennenverstärkung
zu bestimmen, die in Zusammenhang mit jedem Element zum "Lenken" einer Signalenergie
einer Energie in einer geeigneten Richtung steht. Ein Fachmann wird
einsehen, dass es viele Techniken gibt, die verwendet werden können, um eine
geeignete Antennenverstärkung
zu bestimmen, und dass die vorliegende Erfindung basierend auf einer
Antennenverstärkung
Codes zuordnen kann, die auf eine jedwede Art und Weise bestimmt
ist.
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Eine
Technik zum Bestimmen einer geeigneten Antennenverstärkung liegt
darin, die Position oder Richtung einer Mobilstation abzuschätzen. Das Durchführen der örtlichen
Abschätzung
unter Verwendung von Feldantennen kann beispielsweise durchgeführt werden,
indem jeder Richtstrahl in dem Antennenfeld mit seinem eigenen bestimmten
Funkempfänger
verbunden wird. Wenn dann ein ferngelegenes Terminal zu dem Sender überträgt, beispielsweise
einen Zugriffspuls auf dem administrativen Kanal der Luftschnittstelle
(Random Access Channel RACH) sendet, kann die Signalstärke und
Phase für jeden
Richtstrahl bestimmt werden. Die empfangende Signalstärke und
Phase in jedem Richtstrahl kann verwendet werden, um eine örtliche
Abschätzung
unter Verwendung von einem der bekannten Richtungs-Ankunfts-Algorithmen
(Direction-Of-Arrival, DOA-Algorithmen)
zu bestimmen. Ebenso ist es üblich,
dass in einigen Systemen die Mobilstation zum Bestimmen und Berichten
ihres Standortes zuständig sein
kann, indem beispielsweise die GPS-Technologie verwendet wird, oder
indem die im Zusammenhang mit Pilot-Signalübertragungen stehende Ankunftszeit
gemessen wird. Die Basisstation 320 verwendet diese Standortinformation,
um zu bestimmen, in welchen Bereichen der Zelle sie Codes von dem
ersten Code-Satz verwenden wird, und um zu bestimmen, in welchen
Bereichen der Zelle sie Codes von dem zweiten Code-Satz verwenden
wird. Als ein relativ einfaches Beispiel kann die Basisstation 320 Codes
von einem ersten Satz verwenden, um Kommunikationen mit einer frisch
aktivierten Mobilstation in einer Hälfte der Zelle einzurichten
(beispielsweise in der Hälfte
der Zelle, die die Mobilstation 310 enthält) und
Codes von einem zweiten Satz der Zelle verwenden, um Kommunikationen
mit einer frisch aktivierten Mobilstation in der zweiten Hälfte der
Zelle einzurichten (beispielsweise in der Hälfte, die die Mobilstation 330 enthält).
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Sobald
die Basisstation 320 die Codes in dem ersten Satz erschöpfend behandelt
hat und damit beginnt, Codes von dem zweiten Satz zu verwenden,
kann es darüber
hinaus von Vorteil sein, eher Codes, die im Zusammenhang mit bestehenden
Verbindungen stehen, erneut zuzuordnen, als lediglich Codes von
dem zweiten Satz zuzuordnen, wenn in der Zelle neue Mobilstationen
aktiv werden. Sobald beispielsweise die Basisstation 320 damit
beginnt, Codes von dem zweiten Satz zuzuordnen, kann gewünscht sein,
die bestehende Verbindung zwischen dem System und der Mobilstation 330 von
einem Kanal, der einen Code von dem ersten Satz verwendet, zu einem
Kanal zu übergeben,
der einen Code von einem zweiten Satz verwendet, um zelleninterne
Interferenzen zu minimieren. Diese Entscheidung, Codes zu bestehenden
Verbindungen erneut zuzuordnen, wird zumindest teilweise basierend
auf einem gegenwärtigen
Standort der Mobilstationen, die aktive Verbindungen mit dem System
aufweisen, und basierend auf einem Bereich, in welchem die Basisstation
entscheidet, Codes von dem zweiten Satz zu verwenden, durchgeführt werden.
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Von
daher können
Code-Zuordnungstechniken gemäß exemplarischer
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung in zwei Kategorien eingeteilt werden,
nämlich
in Verfahren zum Zuordnen von Codes zu frisch aktivierten Mobilstationen
in einer Zelle, und in Verfahren zum Bearbeiten der Zuordnung der Codes
zu Mobilstationen, denen innerhalb der Zelle bereits ein Code zugeordnet
wurde. Jede dieser exemplarischen Techniken wird nun unter Bezugnahme auf
die Ablaufdiagramme der 5 und 6 jeweils
beschrieben.
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In 5 wird
beim Verfahrensschritt 500 ein Versuch gemacht, die Position
einer neuen Mobilstation abzuschätzen,
oder zumindest eine Winkelrichtung der Mobilstation relativ zu der
Basisstation abzuschätzen.
Wie bereits erwähnt,
kann dies mit der Mobilstation oder mit dem System durchgeführt werden. Wenn
dies mit der Basisstation durchgeführt wird, kann der Zugriff
auf den administrativen Kanal der Luftschnittstelle (Random Access
Channel RACH) ausgewertet werden, um eine Winkelrichtung der Mobilstation
zu bestimmen. Wenn das System bei der Abschätzung einer Position oder bei
der Abschätzung
einer Winkelrichtung für
die neue Mobilstation erfolgreich ist, identifiziert es beim Verfahrensschritt 504 einen
geeigneten Code-Satz. Jedoch gibt es Umstände, wenn der empfangende Puls
nicht hinreichend ist, um die Winkelposition der Mobilstation zu bestimmen.
In solchen Fällen
wird für
die Mobilstation ein Code von einem vorgegebenen Satz von Codes
ausgewählt,
gewöhnlich
von dem ersten Satz von Codes, um diesen zumindest temporär zu verwenden,
um seinen Verkehrskanal bzw. seine Verkehrskanäle beim Verfahrensschritt 502 einzurichten. Wenn
es lediglich ein Satz von Codes gibt, die gegenwärtig verwendet werden, dann
wird das System einen Code von diesem Satz unabhängig von der abgeschätzten Position
oder der abgeschätzten
Winkelrichtung der Mobilstation auswählen, um die zelleninternen
Interferenzen auf einem Minimum zu halten. Wenn von daher ein Code
in dem identifizierten Satz beim Verfahrensschritt 506 verfügbar ist,
geht der Ablauf zum Block 508 weiter, wo ein Code von diesem
Satz zugeordnet wird, und wo der Anruf unter Verwendung des ausgewählten Codes
eingerichtet wird.
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Wenn
der identifizierte Code-Satz beim Verfahrensschritt 506 vollständig verwendet
wird, dann wird das System Maßregeln übernehmen,
um einen Code für
die neue Verbindung der Mobilstation zu erzielen. Eine Möglichkeit
besteht darin, dass das System die bestehenden Verbindungen auswerten
wird, welche Codes innerhalb des identifizierten Satzes verwenden,
um zu versuchen, einen Code für
die neue Verbindung freizugeben. Beispielsweise kann das System
diese Möglichkeit
benutzen, um jene Mobilstationen festzusetzen bzw. zu evaluieren,
die sich in einem weichen Handoff-/Makrodiversität-Zustand befinden (wobei mehrere Übertragungsquellen,
beispielsweise Richtstrahlen oder Basisstationen, einer Mobilstation über zwei
Kanäle
im wesentlichen die gleiche Information bereitstellen), und um schwächere Zweige
freizugeben, die mit den Mobilstationen unterhalb eines Schwellwertes
empfangen werden. Dieser Typ der Aktivität kann in dem identifizierten Code-Satz
einen Code für
die neue Mobilstationsverbindung freigeben.
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Alternativ
hierzu kann die Basisstation (oder das System) sich entscheiden,
damit zu beginnen, einen anderen der Vielzahl der hierzu zugeordneten Code-Sätze zu verwenden.
Wenn dies getan wird, geht der Prozess zum Verfahrensschritt 510 in 5 weiter,
in welchem die Basisstation die Zuordnung der Code-Sätze zu Winkelbereichen
aktualisiert. Dieser Verfahrensschritt ist in den 7(a) und 7(b) konzeptionell dargestellt. Wenn beispielsweise
ein erster Code-Satz gegenwärtig
in einem ersten geographischen Bereich verwendet wird, und wenn
ein zweiter Code-Satz gegenwärtig
in einem zweiten geographischen Bereich verwendet wird, dann kann
die Zuordnung zwischen Code-Sätzen
und geographischen Bereichen beispielsweise so sein, wie es in 7(a) dargestellt ist.
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Wenn
ein dritter Code-Satz hinzugefügt
wird, wird, wie es in 7(b) gezeigt
ist, die Basisstation die Bereiche erneut festlegen, innerhalb welcher
die ersten und zweiten Code-Sätze
gegenwärtig
verwendet werden, und zumindest einen Bereich für den dritten Code-Satz nominieren.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Bereiche nicht hinsichtlich
der Größe gleich
sein müssen,
da die Auslastung in einem vorgegebenen Bereich in typischer Weise
der dominierende Faktor beim Bestimmen, wo Code-Sätze zugeordnet
werden, ist. Diese erneute Festlegung der Zuordnung zwischen Code-Sätze und geographischen Bereichen
wird allgemein erfordern, dass einige Mobilstationen, denen bereits
ein Code zugeordnet wurde, in einem geographischen Bereich angeordnet sein
werden, der erneut als zugeordnet zu einem neuen Code-Satz nominiert
wurde, beispielsweise wird sich die Mobilstation 330 von
einer Verwendung eines Codes im Code-Satz 2 zu einer Verwendung
eines Codes im Code-Satz 3 ändern.
Für diese
Mobilstationen kann ein neuer Code beim Verfahrensschritt 512 zugeordnet
werden. Dann wird der neuen Mobilstation ein Code in einem geeigneten
Code-Satz zugeordnet, welcher der im Verfahrensschritt 504 identifizierte
Code-Satz oder der neue Code-Satz sein kann, und es wird eine Verbindung
mit dem System eingerichtet.
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Bereits
bestehende aktive Verbindungen werden ebenso periodisch hinsichtlich
einer optimalen Code-Zuordnung ausgewertet, um zelleninterne Interferenzen
zu reduzieren. Von daher fährt
der Prozess für
jede verbundene Mobilstation in dem Ablaufdiagramm der 6 fort.
Die DOA-Information wird beim Verfahrensschritt 600 erneut
erzielt. Dann bestimmt beim Verfahrensschritt 602 die Basisstation, ob
diese Mobilstation Information empfängt/überträgt, indem ein Code von dem
geeigneten Code-Satz,
der der gegenwärtigen
Zuordnung zwischen geographischen Bereichen und Code-Sätze gegeben
ist, verwendet wird. Wenn dies so ist, endet der Prozess für diese
Mobilstation, und das System beginnt damit, eine andere bestehende
Verbindung auszuwerten. Wenn jedoch der Code, der mit der Mobilstation
verwendet wird, mit einem anderen Code-Satz in Verbindung steht,
als jener Code-Satz, der gegenwärtig
dem geographischen Standort zugeordnet ist, innerhalb welchem sich
die Mobilstation gegenwärtig
befindet, beispielsweise weil sich die Mobilstation seit der letzten Überprüfung durch
das System bewegt hat, dann geht der Prozess zum Verfahrensschritt 604.
Dieses Konzept kann in den 7(b) und 7(c) erkannt werden, in welchen sich die
Mobilstation 330 von einem Bereich, in welchem der Code-Satz
3 verwendet wird, zu einem Bereich, in welchem der Code-Satz 2 verwendet
wird, bewegt hat.
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Dann
bestimmt das System, ob ein Code in dem Code-Satz zur Verfügung steht,
der dem gegenwärtigen
geographischen Bereich der Mobilstation zugeordnet ist, beispielsweise
der Code-Satz 2 in dem zuvor genannten Beispiel. Wenn dies so ist,
wird beim Verfahrensschritt 606 ein Code zugeordnet. Ansonsten
führt die
Basisstation den zuvor beschriebenen Prozess hinsichtlich der Verfahrensschritte 510 bis 514 in
den Verfahrensschritten 608 bis 612 der 6 durch,
um einen neuen Code-Satz zu den Code-Sätzen, die gegenwärtig in
der Zelle verwendet werden, hinzuzufügen.
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Für den Fachmann
ist es ersichtlich, dass die Implementation der vorliegenden Erfindung
in effektiver Weise einen Code-Handoff (Leistungsmerkmal zellularer
Mobilfunknetze, das ein automatisches Nachführen (Weiterreichen) einer
bestehenden Nutzdatenverbindung auf einen anderen Kanal und dergleichen
oder einer anderen Funkzelle realisiert) bereitstellt, wenn entweder
(1) ein neuer Code-Satz in einer Zelle in Dienst gestellt wird,
oder wenn (2) sich eine Mobilstation innerhalb einer Zelle zu einem
anderen geographischen Bereich bewegt, der gegenwärtig von
Codes in einem verschiedenen Satz bedient wird. In beiden Fällen reduziert
das Code-Handoff-Leistungsmerkmal
zelleninterne Interferenzen und begünstigt die Verwendung von mehreren,
nicht orthogonalen Code-Sätzen, was
wiederum die Kapazität
erhöht.
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Darüber hinaus
sollte es für
den Fachmann ersichtlich sein, dass die Zuordnung von Code-Sätzen zu
geographischen Bereichen innerhalb einer Zelle hinsichtlich der
Zeit variieren wird, und zwar abhängig von der Verkehrsauslastung
in verschiedenen Teilen der Zelle. Wenn beispielsweise in einem
kleinen Bereich einer Zelle viel Verkehr konzentriert ist, dann
können
ein oder mehrere Code-Sätze
verwendet werden, um der benötigten
Kapazität
in diesem Bereich der Zelle Rechnung zu tragen. Die Code-Sätze können verschiedene
Bereiche abdecken, oder sie können
sich überlappen.
Selbstverständlich
werden umso mehr Interferenzen der verschiedenen Code-Sätze zwischen Übertragungen
erzeugt, je größer eine Überlappung
zugelassen wird.
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Die
vorangehende Diskussion wurde in erster Linie auf Verkehrskanäle gerichtet,
welche die aktive Verbindung zwischen der Mobilstation und dem System
bereitstellen. Jedoch kann das System ebenso Steuerkanäle bereitstellen,
die Overhead-Information bereitstellen, und die es Mobilsystemen
gestatten, auf das System zuzugreifen. Ein gemeinsamer Satz von
Steuerkanälen
kann von dem System bereitgestellt werden, die unter Verwendung
bekannter Codes übertragen
werden. Die Codes können
in Zusammenhang mit einem oder mehreren Code-Sätzen stehen, jedoch sollten
sie a priori den Empfängern
in den Mobilstationen bekannt sein, so dass diese Einheiten zum
Lesen und Übertragen
auf den Steuerkanälen
schnell durchsuchen können.
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Wenn
die Steuerkanäle
zugeordnete Codes von dem ersten Code-Satz sind, werden diese Kanäle nicht
beeinflusst, wenn zusätzliche
Code-Sätze eingeführt werden.
Von daher weiß die
Mobilstation, unabhängig
von der Anzahl der in der Zelle verwendeten Code-Sätze, welche
Codes die gemeinsamen Steuerkanäle
verwenden. Wenn der Anruf unter Verwendung eines Steuerkanals und
unter Verwendung eines bekannten, zugeordneten Codes eingerichtet ist,
kann die Mobilstation (bei Bedarf) zu einem anderen Code-Satz überführt werden,
der verschieden von dem Code-Satz ist, der für die Steuerkanäle verwendet
wird, um ihre Datenkommunikation zu unterstützen.
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Es
sei das nachfolgende Beispiel betrachtet. Es sei angenommen, dass
ein System eine Kombination von Kanalisierungs-Codes und Scrambling-Codes
verwendet, wobei die gemeinsamen Steuerkanäle verschiedene Kanalisierungs-Codes und den gleichen
Scrambling-Code verwenden. Um einen gemeinsamen Steuerkanal zu ermitteln,
wird eine Mobilstation nach dem Scrambling-Code suchen, der für diesen
Steuerkanal verwendet wird. Wenn der Scrambling-Code identifiziert
ist, kann die Mobilstation den Übertragungskanal
lesen, einen Random-Access-Versuch durchführen und eine Zugriffs-Bewilligungsnachricht
auf einem gemeinsamen Steuerkanal empfangen (da dieser Kanal den
bekannten Scrambling-Code und einen bekannten Kanalisierungscode
verwendet). Die vorwärts
gerichtete Zugriffsnachricht kann Information dahingehend enthalten,
dass die Mobilstation unterrichtet wird, welcher Downlink-Scrambling-Code (d.h.
welcher Code-Satz) für
ihren zugeordneten Verkehrskanal bzw. ihre zugeordneten Verkehrskanäle zu verwenden
ist. Wenn ein Synchronisationskanal in der Suche nach den Downlink-Scrambling-Codes
verwendet wird, sollte dieser Kanal auf den Scrambling-Code hinweisen, der
von den gemeinsamen Steuerkanälen
verwendet wird.
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Darüber hinaus
kann ebenso die Übertragungsleistung
bei der Zuordnung von Codes betrachtet werden. Beispielsweise kann
ein Nutzer hoher Leistung, der viele Interferenzen erzeugen wird,
einem Code in einem Code-Satz zusammen mit einer Anzahl von Nutzern
niedriger Leistung zugeordnet werden.
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Es
sei zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor
beschriebenen bestimmten Ausführungsformen
beschränkt
ist, und dass der Fachmann Modifikationen durchführen kann. Der Umfang der vorliegenden
Erfindung wird durch die nachfolgend angegebenen Patentansprüche festgelegt,
und es ist beabsichtigt, dass einige und alle Modifikationen, die
in diesen Umfang fallen, hierin enthalten sind.