DE19822276A1 - Verfahren und Basisstation zur Signalübertragung in einem Organisationskanal eines Funk-Kommunikationssystems - Google Patents

Verfahren und Basisstation zur Signalübertragung in einem Organisationskanal eines Funk-Kommunikationssystems

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Abstract

Erfindungsgemäß werden von einer Basisstation zu Mobilstationen Informationen eines Organisationskanals gleichzeitig mit weiteren Informationen nach einem CDMA-Übertragungsverfahren übertragen, wobei in die weiteren Informationen Trainingssequenzen eingebettet sind. Dabei sind Signalformen der Informationen des Organisationskanals und der weiteren Informationen während der Dauer der Trainingssequenzen aufeinander abgestimmt. Die Signalformen unterscheiden sich durch einen festen Faktor oder der Organisationskanal ersetzt die Trainingssequenz. Das Verfahren eignet sich besonders zum Einsatz in TD/CDMA-Übertragungssystemen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Basisstation zur Signalübertragung in einem Organisationskanal eines Funk-Kommunikationssystems, besonders in Mobilfunksystemen mit TD/CDMA-Teilnehmerseparierung.
In Funk-Kommunikationssystemen werden Informationen (bei­ spielsweise Sprache, Bildinformationen oder andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnitt­ stelle zwischen sendender und empfangender Funkstation (Ba­ sisstation bzw. Mobilstation) übertragen. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequen­ zen, die in dem für das jeweilige System vorgesehenen Fre­ quenzband liegen. Für zukünftige Mobilfunknetze mit CDMA- oder TD/CDMA-Übertragungsverfahren über die Funkschnitt­ stelle, beispielsweise das UMTS (Universal Mobile Telecom­ munication System) oder andere Systeme der 3. Generation sind Frequenzen im Frequenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen.
Signale unterliegen bei ihrer Ausbreitung in einen Ausbrei­ tungsmedium Störungen durch Rauschen bzw. Störsignale. Durch Beugungen und Reflexionen durchlaufen Signalkomponenten ver­ schiedene Ausbreitungswege und überlagern sich beim Emp­ fänger. Eine Kanalimpulsantwort als Beispiel der Darstellung der Kanaleigenschaften beschreibt einen solchen Mehrwege­ kanal. Die von einer Mobilstation für die Signale in Abwärts­ richtung aus Trainingssequenzen bestimmten Kanaleigenschaften werden zur Signalentzerrung und zur Abstimmung der Daten­ detektion benötigt.
Beim GSM (global system for mobile communications) Mobilfunk­ system ist in Abwärtsrichtung pro Basisstation ein fester Zeitschlitz zur Übertragung von Informationen eines Organi­ sationskanals (BCCH) vorgesehen. In diesen Zeitschlitzen wird ein Funkblock ausschließlich mit Organisationsinformationen gesendet. Aus DE 198 10 285 ist ein Verfahren bekannt, um bei einem Funk-Kommunikationssystem die Übertragung von Informa­ tionen eines Organisationskanals mit weiteren Informationen, z. B. Nutz- oder Signalisierungsinformationen, zu verbinden. Dabei wurde jedoch nicht beachtet, daß sich die Signale gegenseitig stören, so daß insbesondere die Kanalschätzung der weiteren Informationen durch das im allgemeinen lei­ stungsstärkere Signal des auch als Pilot-Kanal bekannten Organisationskanals erschwert wird.
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, die Sig­ nalübertragung bei gleichzeitiger Übertragung von Informa­ tionen eines Organisationskanals und weiterer Informationen zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und die Basisstation mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß werden von einer Basisstation zu Mobilsta­ tionen Informationen eines Organisationskanals gleichzeitig mit weiteren Informationen nach einem CDMA-Übertragungsver­ fahren übertragen. Dabei sind Signalformen der Informationen des Organisationskanals und der weiteren Informationen zu­ mindest zeitweise aufeinander abgestimmt.
Da die Informationen des Organisationskanals und die weiteren Informationen von der gleichen Basisstation gesendet werden, ist die Abstimmung leicht vorzunehmen. Eine zeitliche Abstim­ mung, die beim Sender vorgenommen wurde, bleibt auch nach der Funkübertragung beim Empfänger erhalten. Damit lassen sich die wechselseitigen Beeinflussungen derart einstellen, daß empfangsseitig eine Kanalschätzung auch bei starken Lei­ stungsunterschieden zwischen den Signalanteilen vorgenommen werden kann. Die Informationen der Signalanteile sind somit in Folge auch getrennt auswertbar.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird für die Informationen des Organisationskanals eine Signalform gewählt, die während der Dauer der Übertragung von in die weiteren Informationen eingebetteten Trainingssequenzen an deren Signalform angepaßt ist. Damit ergibt sich eine wie­ derum empfangsseitig vorhersehbare zusammengesetzte Signal­ form, die die Funktion einer Trainingssequenz übernehmen kann.
So ist es vorteilhaft, daß sich die Signalformen nur durch einen Faktor unterscheiden bzw. die Signalformen durch glei­ che Chipfolgen gebildet werden. Hiermit wird die empfangs­ seitige Kanalschätzung kaum beeinflußt, da die Kanalimpuls­ antwort evtl. um einen reellen multiplikativen Faktor ver­ fälscht wird, dies jedoch bei einer folgenden Datenschätzung ohne Folgen bleibt. Wird zur Datenschätzung eine JD-Verfahren (joint detection) benutzt, siehe dazu DE 41 21 356 A1, dann kann aufgrund der Nah/Fern-Resistenz des Verfahrens dieser Faktor problemlos ausgeglichen werden.
Alternativ ist es möglich, daß die Signalform der Informa­ tionen des Organisationskanals als Trainingssequenz benutzt wird, d. h. ein Teil dieser Signalform ersetzt die ansonsten für die weiteren Informationen gesendeten Trainingssequenzen. Ein Organisationskanal ist besonders leicht auszuwerten, wenn die Informationen des Organisationskanals mit konstanter Lei­ stung gesendet werden. Damit wird die Auswahl einer Basis­ station für den Verbindungsaufbau oder eine Übergabeprozedur (handover) zwischen Basisstationen erleichtert.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise in Funk-Kommunikationssysteme integriert werden, die zusätzlich zum CDMA-Übertragungsverfahren eine TDMA-Teilnehmerseparie­ rung benutzen. Der Organisationskanal wird dann vorteilhaf­ terweise nur in manchen Zeitschlitzen eingerichtet. Besonders in TDD-Übertragungssystemen (time division duplex) kann kein kontinuierlicher Organisationskanal bereitgestellt werden. Die Koexistenz von Informationen des Organisationskanals mit weiteren Informationen ist zur spektralen Effizienz in breit­ bandigen Frequenzkanälen wichtig.
Die nachfolgende Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt lediglich beispiel­ haften Charakter. Die beschriebenen Merkmale sind nicht zwingend in der dargestellten Art zur Verwirklichung des an­ gestrebten Erfolges erforderlich.
Dabei zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Funk-Kommunikations­ systems,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Rahmenstruktur eines TDD-Übertragungsverfahrens,
Fig. 3, 4 Signalformen für Informationen des Organisations­ kanals und für weitere Informationen,
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Basisstation.
Das in Fig. 1 dargestellte Funk-Kommunikationssystem besteht aus einer Vielzahl von Mobilvermittlungsstellen MSC die un­ tereinander vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN herstellen. Weiterhin sind diese Mobilvermittlungs­ stellen MSC mit jeweils zumindest einer Einrichtung RNM zum Zuteilen von funktechnischen Ressourcen verbunden. Jede dieser Einrichtungen RNM ermöglicht wiederum eine Verbindung zu zumindest einer Basisstation BS. Eine solche Basisstation BS kann über eine Funkschnittstelle eine Verbindung zu wei­ teren Funkstationen, z. B. Mobilstationen MS oder anderwei­ tigen mobilen und stationären Endgeräten aufbauen. Durch jede Basisstation BS wird zumindest eine Funkzelle gebildet.
In Fig. 1 sind beispielhaft Verbindungen V1, V2, Vk zur Über­ tragung von Nutzinformationen ni und Signalisierungsinforma­ tionen si zwischen Mobilstationen MS1, MS2, MSk und einer Basisstation BS und ein Organisationskanal BCCH, der eine Punkt-zu-Multipunkt-Verbindung dargestellt, gezeigt. Ein Operations- und Wartungszentrum OMC realisiert Kontroll- und Wartungsfunktionen für das Mobilfunknetz bzw. für Teile da­ von. Die Funktionalität dieser Struktur ist auf andere Funk-Kommunikationssysteme übertragbar, in denen die Erfindung zum Einsatz kommen kann, insbesondere für Teilnehmerzugangsnetze mit drahtlosem Teilnehmeranschluß.
Die Rahmenstruktur der Funkübertragung ist aus Fig. 2 ersicht­ lich. Gemäß einer TDMA-Komponente ist eine Aufteilung eines breitbandigen Frequenzbereiches, beispielsweise der Bandbrei­ te B = 5 MHz, in mehrere Zeitschlitze ts gleicher Zeitdauer, beispielsweise 16 Zeitschlitze ts0 bis ts15, vorgesehen. Der Frequenzbereich B bildet einen Frequenzkanal. Ein Teil der Zeitschlitze ts0 bis ts9 wird in Abwärtsrichtung DL und ein Teil der Zeitschlitze ts10 bis ts15 wird in Aufwärtsrichtung UL benutzt. Dazwischen liegt ein Umschaltpunkt SP. Bei diesem TDD-Übertragungsverfahren entspricht der Frequenzkanal für die Aufwärtsrichtung UL dem Frequenzkanal für die Abwärts­ richtung DL.
Im ersten Zeitschlitz ts0 ist ein Organisationskanal BCCH eingerichtet. Zur Auswertung des Organisationskanals BCCH entscheidet sich eine Mobilstation für ein Frequenzband und detektiert die im entsprechenden Zeitschlitz ts empfangenen Signale der zugehörigen Basisstation. Es wird folglich stän­ dig zwischen einer Überwachung des Organisationskanals BCCH der eigenen Basisstation BS, mit der die Mobilstation momen­ tan eine Funkverbindung aufrechterhält, und der Organisa­ tionskanäle BCCH benachbarter Basisstationen BS umgeschaltet.
Innerhalb des Zeitschlitzes ts0 werden auch Informationen mehrerer Verbindungen übertragen. Diese weiteren Informa­ tionen bestehen aus Abschnitten mit Daten d, in denen emp­ fangsseitig bekannte Trainingssequenzen tseq1 bis tseqn ein­ gebettet sind. Die Daten d sind verbindungsindividuell mit einer Feinstruktur, einem Teilnehmerkode c, gespreizt, so daß empfangsseitig beispielsweise n Verbindungen durch diese CDMA-Komponente separierbar sind.
Die Spreizung von einzelnen Symbolen der Daten d bewirkt, daß innerhalb der Symboldauer Tsym Q Chips der Dauer Tchip über­ tragen werden, die eine spezifische Signalform ergeben. Die Q Chips bilden dabei den verbindungsindividuellen Teilnehmer­ kode c. Weiterhin ist innerhalb des Zeitschlitzes ts eine Schutzzeit gp zur Kompensation unterschiedlicher Signallauf­ zeiten der Verbindungen vorgesehen.
Innerhalb eines breitbandigen Frequenzbereiches B werden die aufeinanderfolgenden Zeitschlitze ts nach einer Rahmenstruk­ tur gegliedert. So werden 16 Zeitschlitze ts zu einem Rahmen fr zusammengefaßt.
Die verwendeten Parameter der Funkschnittstelle sind vorteil­ hafterweise:
Chiprate: 4096 Mcps
Rahmendauer: 10 ms
Anzahl Zeitschlitze: 16
Dauer eines Zeitschlitzes: 625 µs
Spreizfaktor: 16
Modulationsart: QPSK
Bandbreite: 5 MHz.
Ein derartiges TDD-Übertragungsverfahren ist mit einer Kombi­ nation aus Zeitlagenmultiplex und Codemultiplex für die UMTS-Funkübertragung vorgesehen. Diese Parameter ermöglichen eine bestmögliche Harmonisierung mit einem FDD (freguency division duplex) Modus für die 3. Mobilfunkgeneration.
Fig. 3 zeigt einen Zeitschlitz ts, in dem gleichzeitig Infor­ mationen oi des Organisationskanals BCCH und weitere Informa­ tionen ni, beispielsweise die Nutzinformationen mehrerer Ver­ bindungen, übertragen werden. In die Nutzinformationen ni ist eine Trainingssequenz tseq eingebettet.
Ein vergrößerter Ausschnitt zeigt die Signalformen s1, s2 dieser Informationen oi, si, die für die Dauer der Trainings­ sequenz tseq aufeinander abgestimmt sind. Die Chipfolgen, die die Signalform s1, s2 bilden, unterscheiden sich nur durch einen Faktor. Die Sendeleistung der Informationen oi des Organisationskanals BCCH ist konstant, d. h. der Faktor ergibt sich durch individuelle Einstellungen der Amplitude der zwei­ ten Signalform s2. Die sendeseitig überlagerten Signalformen s1, s2 führen zu einem Summensignal ss, das für die Dauer der Trainingssequenzen tseq vorhersehbar ist und damit zur Kanal­ schätzung dienen kann. Für die Nutzsignalanteile ist das Summensignal ss nicht vorhersehbar, da die zu übertragenden Informationen oi, ni des Organisationskanals bzw. der Nutz- Informationen und damit auch die zwei Signalformen s1, s2 nicht aufeinander abgestimmt sind.
Eine alternative Variante ist in Fig. 4 gezeigt. Hierbei wird für die Dauer der Trainingssequenz tseq nur die Signalform s1 des Organisationskanals BCCH gesendet, wodurch diese allein als Trainingssequenz tseq verwendet werden kann. Das Summen­ signal ss entspricht während der Dauer der Trainingssequenz tseg der ersten Signalform s1 des Organisationskanals BCCH. Außerhalb der Trainingssequenz tseq ergibt sich wiederum eine Überlagerung der beiden Signalformen s1 und s2.
Für das Verhältnis der Sendeleistungen der Signalanteile sind folgende Einstellungen vorgenommen: der Dynamikbereich des Signalanteils der weiteren Informationen ni ist in Abwärts­ richtung 30 dB und die Sendeleistung des Signalanteils der Organisationsinformationen oi ist um 16 dB kleiner als die maximale Sendeleistung der weiteren Informationen ni. Somit ergibt sich für den Fall, daß die minimale Sendeleistung für die weiteren Informationen ni gewählt wird, ein um 14 dB lei­ stungsstärkerer Signalanteil der Organisationsinformationen oi.
Durch das erfindungsgemäße Abstimmen der Signalformen s1, s2 kann selbst bei einer so ungünstigen Konstellation gewähr­ leistet werden, daß die Kanalschätzung durchführbar ist. Für die Kanalschätzung wird ein Kanalschätzer nach Steiner, siehe DE 197 34 936, eingesetzt. Für eine Datenschätzung, die eine durch die Kanalschätzung bestimmte Kanalimpulsantwort berück­ sichtigt, wird ein JD-Detektionsverfahren (joint detection) verwendet. Dieses aus DE 41 21 356 A1 bekannte JD-Detektions­ verfahren ist durch die verwendete Ausgleichsrechnung resis­ tent gegenüber größeren Leistungsunterschieden zwischen den Signalanteilen.
Der Aufbau von Basisstation BS und Mobilstation MS wird in Fig. 5 stark vereinfacht gezeigt. Es werden nur die direkt an der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren beteiligten Komponenten genannt.
Die Zusammenstellung von Funkblöcken mit Signalteilen der Informationen oi des Organisationskanals BCCH und der wei­ teren Informationen ni, si wird in einer Basisstation BS nach Fig. 5 durchgeführt. Diese besteht aus einer Sende/Empfangs­ einrichtung TRX, die abzustrahlende Sendesignale digital/ana­ log wandelt, vom Basisband in den Frequenzbereich der Abstah­ lung umsetzt und die Sendesignale moduliert, verstärkt und über eine Antenneneinrichtung AE abstrahlt. Eine Einrichtung SA zur Funkblockbildung hat zuvor die Sendesignale in Funk­ blöcken zusammengestellt und dem entsprechenden Frequenzband und Zeitschlitz zugeordnet. Eine Signalverarbeitungseinrich­ tung DSP wertet über die Sende/Empfangseinrichtung TRX emp­ fangene Signale aus. Mittels einer Steuereinrichtung SE wird die Sendeleistungsregelung der Signalanteile durchgeführt, wobei die zugehörigen Daten in einer Speichereinrichtung MEM abgelegt sind.
Nach der Funkübertragung werden die Funkblöcke in einer Mo­ bilstation MS empfangen. Die Mobilstation MS enthält eine Sende/Empfangseinrichtung TRX, in der die Empfangssignale verstärkt, ins Basisband umgesetzt und analog/digital-gewan­ delt werden. Eine Signalverarbeitungseinrichtung DSP mit einem Kanalschätzer KS führt daraufhin die Kanal- und Daten­ schätzung durch.

Claims (10)

1. Verfahren zur Signalübertragung in einem Organisations­ kanal (BCCH) eines Funk-Kommunikationssystems, bei dem von einer Basisstation (BS) zu Mobilstationen (MS) Informa­ tionen (oi) des Organisationskanals (BCCH) gleichzeitig mit weiteren Informationen (ni, si) nach einem CDMA-Übertragungs­ verfahren übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß Signalformen (s1, s2) der Informationen (oi) des Orga­ nisationskanals (BCCH) und der weiteren Informationen (ni, si) zumindest zeitweilig aufeinander abgestimmt sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Informationen (oi) des Organisationskanals (BCCH) eine Signalform (s1) gewählt wird, die während der Dauer der Übertragung von in die weiteren Informationen (ni, si) einge­ betteten Trainingssequenzen (tseq) an deren Signalform (s2) angepaßt ist.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Signalformen (s1, s2) nur durch einen Faktor unterscheiden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalformen (s1, s2) durch gleiche Chipfolgen ge­ bildet werden.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalform (s1) der Informationen (oi) des Organisationskanals (BCCH) als Trainingssequenz (tseg) benutzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der Trainingssequenzen (tseq) der weiteren Informationen (ni, si) auf Null gesetzt werden, so daß empfangsseitig eine Kanalschätzung ausschließ­ lich anhand der Informationen (oi) des Organisationskanals (BCCH) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationen (oi) des Organisa­ tionskanals (BCCH) mit konstanter Leistung gesendet werden.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum CDMA-Übertragungs­ verfahren eine TDMA-Teilnehmerseparierung durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig eine gemeinsame Kanal­ schätzung für die Trainingssequenzen (tseg) und die über­ lagerten Informationen (oi) des Organisationskanals (BCCH) durchgeführt wird.
10. Basisstation (BS) zur Signalübertragung in einem Orga­ nisationskanal (BCCH) eines Funk-Kommunikationssystems,
  • - mit einer Einrichtung (SA) zur Funkblockbildung, durch die in einem gemeinsamen Funkblock Informationen (oi) des Orga­ nisationskanals (BCCH) mit weiteren Informationen (ni, si) zusammengestellt werden,
  • - mit einer Sendeeinrichtung (TRX) zum Übertragen des Funk­ blocks über eine Funkschnittstelle zu Mobilstationen (MS) nach einem CDMA-Übertragungsverfahren,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (SA) zur Funkblockbildung derart ausge­ bildet ist, daß Signalformen (s1, s2) der Informationen (oi) des Organisationskanals (BCCH) und der weiteren Informationen (ni, si) zumindest zeitweilig aufeinander abgestimmt sind.
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